JP7499628B2 - ビーム整形光学装置及び真円度調整方法 - Google Patents
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Description
レーザ発振器から出力されたレーザビームの経路に配置され、シリンドリカルミラーを含む補正光学部品と、
前記補正光学部品を経由するレーザビームの経路に配置され、凸レンズまたは凹面鏡からなる集光光学部品と、
前記補正光学部品と前記集光光学部品との間のレーザビームの光路長を変化させる方向に前記補正光学部品を移動可能に支持する支持機構と
を有し、
前記支持機構によって前記補正光学部品を移動させたとき、前記レーザ発振器から前記集光光学部品までのレーザビームの光路長が不変であるビーム整形光学装置が提供される。
シリンドリカルミラーを含む補正光学部品、及び凸レンズまたは凹面鏡からなる集光光学部品を経由して基準位置に、レーザ発振器から出力されたレーザビームを集光させ、
前記レーザ発振器から前記集光光学部品までのレーザビームの光路長を不変とし、かつ前記補正光学部品と前記集光光学部品との間のレーザビームの光路長を変化させて、前記基準位置におけるレーザビームのビーム断面を真円に近付ける真円度調整方法が提供される。
図1は、本実施例によるビーム整形光学装置50を搭載したレーザ加工装置の概略図である。レーザ加工装置は、レーザ発振器12、加工装置80、及び制御装置70を含む。
図4は、実施例によるビーム整形光学装置50の概略図である。ビーム整形光学装置50は、補正光学部品51、集光光学部品55、平面ミラー56、ビームエキスパンダ60、アパーチャ61、平面ミラー62、支持機構65、及び検出器66を含む。補正光学部品51は、シリンドリカル凹面鏡52及び平面ミラー53を含む。集光光学部品55は、球面または放物面の反射面を持つ凹面鏡である。
制御装置70は、検出器66から検出結果を取得し、ビーム断面の形状を検出する。さらに、支持機構65を制御して、ビーム断面の形状が真円に近づく向きに補正光学部品51を移動させる。現時点のビーム断面の形状と真円との差が許容範囲内である場合、制御装置70は、補正光学部品51を停止させる。
本願の発明者らによる評価実験によると、ビームエキスパンダ60の転写元である基準位置63(図4)におけるビーム断面が真円からずれると、アパーチャ61でビーム断面を真円に整形しても、加工された穴の形状が真円からずれてしまうことが判明した。これは、アパーチャ61の位置においてビーム断面の外形のみを真円に整形しても、ビーム断面内におけるビームプロファイルや、レーザビームの広がり角が、光軸に直交する縦方向と横方向とで異なっているためである。基準位置63におけるビーム断面を真円に近付けると、加工された穴が真円に近づくことがわかった。
上記実施例では補正光学部品51にシリンドリカル凹面鏡52(図4)を用いているが、シリンドリカル凹面鏡52に代えてシリンドリカル凸面鏡を用いてもよい。すなわち、補正光学部品51がシリンドリカルミラーを含むようにしてもよい。または、シリンドリカル凹面鏡52に代えてシリンドリカル凸レンズまたはシリンドリカル凹レンズを用いてもよい。シリンドリカルレンズを用いる場合には、平面ミラー53(図4)は不要である。このように、補正光学部品51として、シリンドリカル状の反射面または屈折面を持つ光学部品を用いればよい。また、上記実施例では集光光学部品55として凹面鏡を用いているが、凹面鏡に代えて凸レンズを用いてもよい。
図6Bは、シリンドリカル凹面鏡52の母線がx軸に平行である場合に、補正光学部品51を移動させたときのビーム断面33の形状の変化を示す図である。シリンドリカル凹面鏡52の母線がx軸に平行であるため、補正光学部品51を移動させると、ビーム断面33がy方向に延び縮みする。真円度調整前の破線で示すビーム断面の長軸がy方向に対して傾いている場合、ビーム断面33をy方向に延び縮みさせてもビーム断面33は真円にならない。
12 レーザ発振器
15 チェンバ
16 光学室
17 ブロワ室
18 上下仕切り板
18A、18B 開口
19 底板
20 光共振器
20A 光軸
21 放電電極
22 電極ボックス
23 電極支持部材
24 放電領域
25 共振器ミラー
26 共振器ベース
27 光共振器支持部材
28 光透過窓
29 ブロワ
30、30A、30B レーザビームの光軸
31 レーザビーム
32 レーザ発振器の出口におけるビーム断面
33 基準位置のビーム断面
35 回転中心
40 仕切り板
41 第1ガス流路
42 第2ガス流路
43 熱交換器
45 支持箇所
50 ビーム整形光学装置
51 補正光学部品
52 シリンドリカル凹面鏡
53 平面ミラー
55 集光光学部品
56 平面ミラー
60 ビームエキスパンダ
61 アパーチャ
62 平面ミラー
63 基準位置
65 支持機構
66 検出器
67 姿勢調整機構
70 制御装置
80 加工装置
81 ビーム走査器
82 fθレンズ
85 ステージ
90 加工対象物
100 共通ベース
Claims (7)
- レーザ発振器から出力されたレーザビームの経路に配置され、シリンドリカルミラーを含む補正光学部品と、
前記補正光学部品を経由するレーザビームの経路に配置され、凸レンズまたは凹面鏡からなる集光光学部品と、
前記補正光学部品と前記集光光学部品との間のレーザビームの光路長を変化させる方向に前記補正光学部品を移動可能に支持する支持機構と
を有し、
前記支持機構によって前記補正光学部品を移動させたとき、前記レーザ発振器から前記集光光学部品までのレーザビームの光路長が不変であるビーム整形光学装置。 - 前記補正光学部品はシリンドリカル凹面鏡と平面ミラーとを含み、
前記補正光学部品の入側のレーザビームの光軸と、出側のレーザビームの光軸とは平行であり、
前記支持機構は、前記シリンドリカル凹面鏡と前記平面ミラーとの相対位置関係を保った状態で、入側及び出側のレーザビームの光軸と平行な方向に移動可能に、前記補正光学部品を支持する請求項1に記載のビーム整形光学装置。 - さらに、前記シリンドリカルミラーに入射するレーザビームの光軸と、前記シリンドリカルミラーで反射したレーザビームの光軸とのなす角の二等分線を回転中心として、前記シリンドリカルミラーの回転方向の姿勢を変化させる姿勢調整機構を有する請求項1に記載のビーム整形光学装置。
- さらに、
前記補正光学部品及び前記集光光学部品を経由したレーザビームの経路の基準位置におけるビーム断面の形状を検出する検出器と、
前記検出器で検出されたビーム断面の形状を真円に近付けるように前記支持機構を動作させて、前記補正光学部品を移動させる制御装置と
を有する請求項1乃至3のいずれか1項に記載のビーム整形光学装置。 - さらに、
前記基準位置を通過したレーザビームの経路に配置されたビームエキスパンダと、
前記ビームエキスパンダを経由したレーザビームの経路に配置されたアパーチャと
を有し、
前記ビームエキスパンダは、前記基準位置のレーザビームのビーム断面を前記アパーチャの位置に転写する請求項4に記載のビーム整形光学装置。 - シリンドリカルミラーを含む補正光学部品、及び凸レンズまたは凹面鏡からなる集光光学部品を経由して基準位置に、レーザ発振器から出力されたレーザビームを集光させ、
前記レーザ発振器から前記集光光学部品までのレーザビームの光路長を不変とし、かつ前記補正光学部品と前記集光光学部品との間のレーザビームの光路長を変化させて、前記基準位置におけるレーザビームのビーム断面を真円に近付ける真円度調整方法。 - さらに、前記シリンドリカルミラーに入射するレーザビームの光軸と、前記シリンドリカルミラーで反射したレーザビームの光軸とのなす角の二等分線を回転中心として、前記シリンドリカルミラーの回転方向の姿勢を変化させることによって、前記基準位置におけるレーザビームのビーム断面を真円に近付ける請求項6に記載の真円度調整方法。
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