JPH02175090A

JPH02175090A - レーザビーム成形装置

Info

Publication number: JPH02175090A
Application number: JP63330680A
Authority: JP
Inventors: Isamu Miyamoto; 勇宮本
Original assignee: Nippei Toyama Corp
Current assignee: Nippei Toyama Corp
Priority date: 1988-12-27
Filing date: 1988-12-27
Publication date: 1990-07-06
Also published as: US5080474A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】【発明の目的】

（産業上の利用分野）この発明は、照射面におけるレーザビームのエネルギ強
度パターンを均一化するのに適したレーザビーム成形装
置に関し、例えば、レーザビームによる穴あけ、トリミ
ング、皮膜除去、エツチングや、焼入れ１表面再溶融チ
ル化１合金化等の表面改質処理、あるいは接合・溶接・
溶断などの幅広い分野において利用するのに好適なエネ
ルギ強度が均一に分布したレーザビームを形成するのに
適したレーザビーム成形装置に関するものである。（従来の技術）従来のレーザビーム成形装置の数例を第１２図ないし第
１５図に基いて説明する。第１２図に示す第１従来例のものは、セグメントミラー
を用いるビーム成形装置１０１であって、レーザビーム
１０２ａを反射するセグメントミラー１０３を縦横に多
数配列して構成したビーム成形ミラー１０４をそなえ、
このビーム成形ミラー１０４によって反射されたレーザ
ビーム１０２ｂが照射面１０５に入射するようにした構
成を有しているものである。この場合、ビーム成形ミラ
ー１０４を構成する多数のセグメントミラー１０３のそ
れぞれは、照射面１０５に照射されたレーザビーム１０
２ｂのエネルギ強度が均一な分布を有するものとなるよ
うに、レーザビーム１０２ａの入射角を調整する。第１３図に示す第２従来例のものは、カライドスコープ
を用いるビーム成形装置１１１であって、レーザビーム
１１２ａを集束してレーザビーム１１２ｂとする集光レ
ンズ１１３と、前記集束されたレーザビーム１１２ｂを
受は入れかつ鏡面で形成された反射面１１４ａにおいて
レーザビーム１１２ｂを多重反射するカライドスコープ
１１４と、このカライドスコープ１１４の出口でのレー
ザビーム１１２ｃの分布を結像して照射面１１６にレー
ザビーム１１２ｄを照射する結像レンズ１１５とをそな
えた構成を有しているものである。この場合、集光レン
ズ１１３により集束されたレーザビーム１１２ｂがカラ
イドスコープ１１４内に入り、このカライドスコープ１
１４の内部に設けた反射面１１４ａで多重反射すること
によって、カライドスコープ１１４の出口において均一
なエネルギ強度分布を有するレーザビーム１１２Ｃとし
て出射される。第１４図に示す第３従来例のものは、ビームオシレージ
ロンによるビーム成形装置１２１であって、レーザビー
ム１２２ａを集束する集光レンズ１２３と、集束された
レーザビーム１２２ｂを反射してレーザビーム１２２Ｃ
を出す反射鏡１２４と１反射されたレーザビーム１２２
Ｃを走査して照射面１２７にレーザビーム１２２ｄを照
射する走査反射鏡１２５と、この走査反射鏡１２５を制
御するスキャナ１２６とをそなえた構成を有しているも
のである。この場合２反射鏡１２４で反射されたレーザ
ビーム１２２Ｃが走査反射鏡１２５に至り、スキャナ１
２６によって走査反射鏡１２５が制御されることにより
前記レーザビーム１２２Ｃが走査され、走査されたレー
ザビーム１２２ｄが照射面１２７上で振動するように照
射される。第１５図に示す第４従来例のものは、ポリゴンミラーを
用いるビーム成形装置１３１であって、レーザビーム１
３２ａを反射すると同時に集束してレーザビーム１３２
ｂとする集光反射鏡１３３と、集束されたレーザビーム
１３２ｂを走査してレーザビーム１３２ｃを照射面１３
５に照射するポリゴンミラー１３４とをそなえた構成を
有しているものである。この場合、矢印Ａ方向に回転す
るポリゴンミラー１３４の一つの反射面１３４ａにレー
ザビーム１３２ｂが照射され、ポリゴンミラー１３４の
回転とともに反射面１３４ａが移動してレーザビーム１
３２ｃが矢印Ｂ方向に走査され、照射面１３５上にくり
かえし照射される。（発明が解決しようとする課題）ところが、上記した従来のビーム成形装置のうち、第１
従来例のセグメントミラーを用いるビーム成形装置１０
１では、多数のセグメントミラー１０３を縦横に配列し
たビーム成形ミラー１０４を用いているため、高度の製
作技術を必要とするとともに、高価なものとなり、また
、照射面１０５に照射されるレーザビーム１０２ｂのビ
ーム形状を変更する場合には、それぞれのセグメントミ
ラー１０３の形状を変えなければならず、したがって必
要なビーム形状毎にセグメントミラー１０３を交換する
ことが必要となり、さらに、セグメントミラー１０３を
配列した状態において各セグメントミラー１０３の間に
隙間が形成されていることから、レーザビーム１０２ａ
の反射率が低下してエネルギ損失が大きくなるという課
題を有していた。また、第２従来例のカライドスコープを用いるビーム成
形装置１１１では、カライドスコープ１１４内で反射す
るレーザビーム１１２ｂは反射面１１４ａに対して入射
角が大きくなるので、反射面１１４ａにおいてＰ偏光成
分の吸収が多くなることから、カライドスコープ１１４
の反射面１１４ａでの多重反射によるエネルギ損失が大
きなものとなるという欠点を有し、また、ビーム形状は
カライドスコープ１１４の反射面１１４ａの形状により
決定されるため、ビーム形状の変更が容易でないという
課題も有していた。さらに、第３従来例のビームオシレーションによるビー
ム成形装置１２１では、高周波でのスキャンが困難であ
るため、照射面１２７において均一なエネルギ分布を有
するレーザビーム１２２ｄを得難く、また、スキャナ１
２６の駆動部の耐久性に問題を有していた。さらにまた２第４従来例のポリゴンミラーを用いるビー
ム成形装置１３１では、デフォーカスにおいてレーザビ
ーム１３２ａのモードの乱れが加工性能に影響を及ぼす
ので、スポット径を小さくしてオシレートさせる必要が
あり、また、可動部の耐久性と７ライメントの調整が困
難であるという課題を有していた。そしてさらに、上記した第１従来例ないし第４従来例の
ビーム成形装置では、被照射面でのレーザビームの反射
による損失が大きいことから、被照射面でのレーザビー
ムの吸収を良くするためのコーティングを施す必要があ
るという課題を有していた。（発明の目的）この発明は、上述したような従来の課題に着目してなさ
れたもので、レーザビームの成形を行う際においてレー
ザビームのエネルギ損失を少なくした状態で、レーザビ
ームのエネルギ強度パターンを均一化することが可能で
あると共に、レーザビームによる加工内容などに応じて
当該レーザビームの形状１寸法を変更することが可能で
あり、さらには被加工面において必ずしも反射損失を防
止するコーティングを施す必要がないようにすることが
可能であるレーザビーム成形装置を提供することを目的
としている。

【発明の構成】

（課題を解決するための手段）この発明に係るレーザビーム成形装置は１反射面を対向
配置してレーザビームを多重反射する多重反射ミラーを
そなえた反射光学系を具備すると共に、前記多重反射ミ
ラーの入口付近にレーザビームを集める集光光学系と、
前記多重反射ミラーの出口部分からのレーザビームの分
布を結像させる結像光学系とを具備し、前記反射光学系
のレーザビーム入射側およびレーザビーム出射側の少な
くともいずれかのレーザど−ム光軸上に、前記レーザビ
ームの進行方向と交差する方向で且つ前記多重反射ミラ
ーの反射面の方向におけるレーザビームの幅を設定する
シリンドリカル光学系を設けた構成としたことを特徴と
しており、このようなレーザビーム成形装置の構成を上
記した従来の課題を解決するための手段としている。この発明に係るレーザビーム成形装置において、シリン
ドリカル光学系は、レーザビームの進行方向およびその
反対方向に移動可能となっているものとして、レーザビ
ームの進行方向と交差する方向で且つ前記多重反射ミラ
ーの反射面の方向におけるレーザビームの幅を連続的に
変更できるようにすることも必要に応じて望ましい。また、この発明に係るレーザビーム成形装置においては
、直線偏光したレーザビームを用いるようにし、反射光
学系では、当該反射光学系の入射面に対して電場の振動
方向が垂直となる直線偏光したレーザビームが反射する
ように設定して１反射光学系での反射率が大きくなるよ
うにしたものとすることが必要に応じて望ましく、また
、結像光学系を通過した直線偏光したレーザビームが被
加工材に照射されるときに、レーザビームの電場の振動
方向が被加工面へのレーザビームの吸収率が大きくなる
ように被加工材の入射面に平行となるよう設定すること
が必要に応じて望ましい。さらに、集光光学系は１反射光学系を構成する多重反射
ミラーの入口付近にレーザビームを集光させるために用
いられるが、この場合、シリンドリカルレンズ、シリン
ドリカルミラー、球面レンズ、球面ミラーのうち少なく
とも一方ないしはそれらの二以上を適宜組み合わせて用
いた構成のものとすることができる。さらにまた、シリンドリカル光学系は、レーザビームの
進行方向と交差する方向で且つ多重反射ミラーの反射面
の方向におけるレーザビームの幅を設定し、あるいは連
続的に変化させるために用いられるが、この場合、シリ
ンドリカルレンズおよびシリンドリカルミラーのうち少
なくとも一方またはこれらを適宜組み合わせて用いた構
成のものとすることができ、これらのうちの少なくとも
１つをレーザビームの進行方向およびその反対方向に移
動可能なものとして、レーザビームの幅を連続的に変化
させることができるようにすることも必要に応じて望ま
しい。さらにまた、反射光学系は、平面状の反射面を平行な状
態もしくは傾斜させた状態で対向させた平行もしくは傾
斜多重反射ミラーをそなえた構成のものとしたり、曲面
状の反射面を対向させた反射ミラーをそなえた構成のも
のとしたりすることができる。さらにまた、結像光学系は、結像レンズおよび結像ミラ
ーのうち少なくとも一方またはこれらを適宜組み合わせ
て用いた構成のものとすることができ、この結像光学系
においてもレーザビームの進行方向およびその反対方向
に移動可能なものとすることができ、これによってレー
ザビームの形状を変えるようになすことも可能である。さらにまた、レーザビームの進行方向に対して、被加工
面を適宜傾斜させるようにすることも必要に応じて望ま
しい。（発明の作用）このような構成を有するレーザビーム成形装置にあって
は、例えば、ガウス形状の強度分布を有するより望まし
くは直線偏光させたレーザビームを集光光学系に通過さ
せることによって、レーザビームを反射光学系の多重反
射ミラーの入口付近に集光する。そして、多重反射ミラーの入口部分に集光したレーザビ
ームは、多重反射ミラーで多重反射されるが、より望ま
しくは前記直線偏光したレーザビームの電場の振動方向
が反射光学系の入射面に対して垂直となるように多重反
射させることにより１反射光学系内でのレーザビームの
吸収による損失を最小限におさえうるものとなる。そし
て、レーザビームを多重反射ミラーで多重反射させるこ
とによって、反射光学系の反射面に垂直な方向における
レーザビームの強度分布が均一化されたものとなる。そして、前記反射光学系のレーザビーム入射側およびレ
ーザビーム出射側の少なくともいずれかのレーザビーム
光軸上に設けたシリンドリカル光学系によって、前記反
射光学系を通過する前のレーザビーム、あるいは反射光
学系を通過した後のレーザビームにおいて、当該レーザ
ビームの進行方向と交差する方向で且つ前記反射光学系
の多重反射ミラーの反射面の方向におけるレーザビーム
の幅を設定し、必要に応じてシリンドリカル光学系をレ
ーザビームの進行方向およびその反対方向に移動させる
ことによって前記レーザビームの幅を連続的に変える。さらに、前記反射光学系から出たレーザビームを前記シ
リンドリカル光学系を通過したあと。あるいはシリンドリカル光学系を通過させるまえに結像
光学系に通過させて例えばレーザ加工面に結像させ、よ
り望ましくは電場の振動方向が被加工材の入射面に平行
となるように照射することによって、レーザ加工面にお
ける吸収効率を高めた均一なエネルギ強度分布を有する
レーザビームに成形するものとなっている。（実施例）夫亙亘」第１図ないし第３図は、この発明に係るレーザビーム成
形装置の第１実施例を示している。第１図に示すレーザビーム成形装置１は、主たる構成要
素として、第２図に示すシングルモードのレーザビーム
１０を集光するための集光光学系を構成する集光用シリ
ンドリカルレンズ２と、この集光用シリンドリカルレン
ズ２のシリンドリカル軸に対してシリンドリカル軸が直
角方向をなしていてレーザビーム１．０の後述する方向
における幅を設定するシリンドリカル光学系を構成する
ビーム幅設定用シリンドリカルレンズ３と、前記シリン
ドリカルレンズ２．３を通過したレーザビーム１０を多
重反射させて均一なエネルギ強度分布をもつレーザビー
ム１０に成形する反射光学系を構成する多重反射ミラー
４と、前記多重反射ミラー４により多重反射されたレー
ザビーム１０を被加工材６の被加工面６ａで結像する結
像光学系を構成する結像用球面レンズ５とをそなえてお
り、レーザビーム１０の進行方向に、集光用シリンドリ
カルレンズ２．ビーム幅設定用シリンドリカルレンズ３
．多重反射ミラー４．結像用球面レンズ５が順次膜けで
ある。これらのうち、レーザビーム１０が最初に入射する集光
用シリンドリカルレンズ２は、そのシリンドリカル軸が
レーザビーム１０の光軸と直交すると共に多重反射ミラ
ー４の反射面と平行に設けである。そして、この集光用
シリンドリカルレンズ２を通過したレーザビーム１０が
その後多重反射ミラー４で多重反射するように、レーザ
ビーム１０が前記多重反射ミラー４の入口付近に集光す
る位置に集光用シリンドリカルレンズ２を設けている。また、ビーム幅設定用シリンドリカルレンズ３は、前記
集光用シリンドリカルレンズ２と前記多重反射ミラー４
との間に設けられ、前記集光用シリンドリカルレンズ２
のシリンドリカル軸とこのビーム幅設定用シリンドリカ
ルレンズ３のシリンドリカル軸とが直交しかつこのビー
ム幅設定用シリンドリカルレンズ３のシリンドリカル軸
とレーザビーム１０の光軸とが直交するように配設しで
ある。そして、このビーム幅設定用シリンドリカルレン
ズ３は、多重反射ミラー４の出口部分において、レーザ
ビーム１０の光軸方向に対し直交する方向で且つ多重反
射ミラー４の反射面と平行な方向でのレーザビーム１０
の幅が所望のものに設定されるように配設しである。そ
して、この実施例では、ビーム幅設定用シリンドリカル
レンズ３は、レーザビーム１０の進行方向に移動可能と
なっており、多重反射ミラー４の出口部分でのレーザビ
ーム１０の上記した方向での幅を連続的に無段階で変化
させることができるようにしである。さらに、多重反射ミラー４は、この実施例では、２枚の
多重反射ミラーをそれぞれの平面状の反射面で対向させ
て平行に配設した構成をなすものである。さらにまた、球面レンズ５は、凸レンズによって構成さ
れている。このような構成をもつレーザビーム成形装置１において
、第２図に示すように、エネルギ強度を示すＩ軸に対し
ガウス形状のエネルギ強度１ｇなる分布を有し、偏光ベ
クトルがｙ軸に平行な直線偏光のレーザビーム１０が入
射されると、まず、集光用シリンドリカルレンズ２を通
過して当該レーザビーム１０が多重反射ミラー４の入口
付近に・集光されるように屈折し１次いでビーム幅設定
用シリンドリカルレンズ３を通過して当該レーザビーム
１０が多重反射ミラー４の出口部分において所望のビー
ム幅となるように屈折したのち多重反射ミラー４に入る
。そして、多重反射ミラー４においてはレーザビーム１
０が多重反射することにより、多重反射ミラー４の対向
する方向に均一化され１次いで結像用球面レンズ５に入
り、このレンズ５において屈折して被加工面６ａで結像
することによって、第３図に示すように、エネルギ強度
を示すＩ′軸に対して垂直なｙ′軸方向に均一なエネル
ギ強度Ｉｅなる分布を有し、ｘ′力方向はガウス状の分
布を有するレーザビーム１０に成形する。この実施例においては、偏光ベクトルがｙ軸に平行であ
る直線偏光のレーザビーム１０が集光用シリンドリカル
レンズ２およびビーム幅設定用シリンドリカルレンズ３
を通過するが、この通過の際に前記偏光状態が特に影響
を受けることはない、そして１反射率の良いＳ偏光とな
って前記反射光学系を構成する多重反射ミラー４の反射
面で多重反射することにより、Ｘ′軸方向にガウス形状
のエネルギ強度分布を有し、ｙ′軸方向に均一なエネル
ギ強度分布をもつレーザビーム１０に成形する。このようにして、レーザビーム１０は、多重反射ミラー
４で多重反射することによって均一化されたビームに成
形され、球面レンズ５を通過することによって前記成形
されたレーザビーム１０がエネルギ強度Ｉｓなる均一パ
ターンのレーザビームとなり、ｙ′軸を中心にして傾斜
した被加工面６ａに照射される。従って、被加工面６ａに照射されるレーザビーム１０は
１反射損失の少ないＰ偏光を主成分とするものとなり、
被加工面６ａでのレーザエネルギ吸収率が高いものとな
っている。それゆえ、レーザ加工面に光吸収用コーティ
ングを施さないときでも吸収の大きなものとなる。もち
ろん、光吸収用コーティングを施すことによって吸収は
さらに大きなものとなる。友ム輿ヱ第４図はこの発明に係るレーザビーム成形装置のｗＳ２
実施例を示しており、この第４図に示すレーザビーム成
形装置１では、レーザビーム１０を多重反射ミラー４の
入口付近に集光するための集光光学系を構成する集光用
シリンドリカルレンズ２と、集光されたレーザビーム１
０を多重反射させて均一なエネルギ強度分布をもつレー
ザビーム１０に成形する反射光学系を構成する多重反射
ミラー４と、前記多重反射されたレーザビーム１０を被
加工材６の被加工面６ａで結像する結像光学系を構成す
る結像用シリンドリカルレンズ１５と、レーザビーム１
０の光軸方向に対し直交する方向で且つ多重反射ミラー
４の反射面と平行な方向でのレーザビーム１０の幅を所
望のものに設定するためのシリンドリカル光学系を構成
するビーム幅設定用シリンドリカルレンズ３とをレーザ
ビーム１０の進行方向に順次設けた構成をなすものであ
る。この第２実施例のレーザビーム成形装置１においては、
集光用シリンドリカルレンズ２と結像用用シリンドリカ
ルレンズ１５のシリンドリカル軸が共に多重反射ミラー
４の反射面と平行な方向に設けであると共に、ビーム幅
設定用シリンドリカルレンズ３のシリンドリカル軸が多
重反射ミラー４の反射面と直角な方向に設けである。ま
た。ビーム幅設定用シリンドリカルレンズ３をレーザビーム
１０の進行方向およびその反対方向に移動可能としてあ
り、これによってレーザビーム１０の上記方向における
幅を連続的に変化させることができるようにしであると
共に、結像用シリンドリカルレンズ１５もレーザビーム
１０の進行方向およびその反対方向に移動可能としてあ
り、これによってレーザビーム１０の被加工面６ａでの
形状を適宜変更することができるようにしである。実Ｊｌ旦第５図はこの発明に係るレーザビーム成形装置の第３実
施例を示しており、この第５図に示すレーザビーム成形
装置１では、レーザビーム１０を多重反射ミラー４の入
口付近に集光するための集光光学系を構成する集光用シ
リンドリカルレンズ２と、レーザビーム１０の光軸方向
に対し直交する方向で且つ多重反射ミラー４の反射面と
平行な方向でのレーザビーム１０の幅を所望のものに設
定するためのシリンドリカル光学系を構成するビーム幅
設定用シリンドリカルレンズ３と、集光されたレーザビ
ーム１０を多重反射させて均一なエネルギ強度分布をも
つレーザビーム１０に成形する反射光学系を構成する多
重反射ミラー４と、前記多重反射されたレーザビーム１
０を被加工材６の被加工面６ａで結像する結像光学系を
構成する結像用球面レンズ５と、をレーザビーム１０の
進行方向に順次設けた構成をなすものである。この第３実施例のレーザビーム成形装置１においては、
集光用シリンドリカルレンズ２のシリンドリカル軸が多
重反射ミラー４の反射面と平行な方向に設けであると共
に、ビーム幅設定用シリンドリカルレンズ３のシリンド
リカル軸が多重反射ミラー４の反射面と直角な方向に設
けである。また、ビーム幅設定用シリンドリカルレンズ
３をレーザビーム１０の進行方向およびその反対方向に
移動可能としてあり、これによってレーザビーム１０の
上記方向における幅を連続的に変化させることができる
ようにしであると共に、結像用球面レンズ５もレーザビ
ーム１０の進行方向およびその反対方向に移動可能とし
てあり、これによってレーザビーム１０の被加工面６ａ
での形状を適宜変更することができるようにしである。夫ム輿１第６図はこの発明に係るレーザビーム成形装置の第４実
施例を示しており、この第６図に示すレーザビーム成形
装置１では、レーザビーム１０を多重反射ミラー４の入
口付近に集光するための集光光学系を構成する集光用球
面レンズ１２と、レーザビーム１０の光軸方向に対し直
交する方向で且つ多重反射ミラー４の反射面と平行な方
向でのレーザビーム１０の幅を所望のものに設定するた
めのシリンドリカル光学系を構成するビーム幅設定用シ
リンドリカルレンズ３と、集光されたレーザビーム１０
を多重反射させて均一なエネルギ強度分布をもつレーザ
ビーム１０に成形する反射光学系を構成する多重反射ミ
ラー４と、前記多重反射されたレーザビーム１０を被加
工材６の被加工面６ａで結像する結像光学系を構成する
結像用球面レンズ５と、をレーザビーム１０の進行方向
に順次設けた構成をなすものである。この第４実施例のレーザビーム成形装置１においては、
ビーム幅設定用シリンドリカルレンズ３のシリンドリカ
ル軸が多重反射ミラー４の反射面と直角な方向に設けで
ある。また、ビーム幅設定用シリンドリカルレンズ３を
レーザビーム１０の進行方向およびその反対方向に移動
可能としてあり、これによってレーザビーム１０の上記
方向における幅を連続的に変化させることができるよう
にしであると共に、結像用球面レンズ５もレーザビーム
１０の進行方向およびその反対方向に移動可能としてあ
り、これによってレーザビーム１０の被加工面６ａでの
形状を適宜変更することができるようにしである。実１２Ｌ互第７図はこの発明に係るレーザビーム成形装置の第５実
施例を示しており、この第７図に示すレーザビーム成形
装置１では、レーザビーム１０を多重反射ミラー４の入
口付近に集光するための集光光学系を構成する集光用球
面レンズ１２と、集光されたレーザビーム１０を多重反
射させて均一なエネルギ強度分布をもつレーザビーム１
０に成形する反射光学系を構成する多重反射ミラー４と
、前記多重反射されたレーザビーム１０を被加工材６の
被加工面６ａで結像する結像光学系を構成する結像用球
面レンズ５と、レーザビーム１０の光軸方向に対し直交
する方向で且つ多重反射ミラー４の反射面と平行な方向
でのレーザビーム１０の幅を所望のものに設定するため
のシリンドリカル光学系を構成するビーム幅設定用シリ
ンドリカルレンズ３とをレーザビーム１０の進行方向に
順次設けた構成をなすものである。この第５実施例のレーザビーム成形装置１においては、
ビーム幅設定用シリンドリカルレンズ３のシリンドリカ
ル軸が多重反射ミラー４の反射面と直角な方向に設けで
ある。また、ビーム幅設定用シリンドリカルレンズ３を
レーザビーム１０の進行方向およびその反対方向に移動
可能としてあり、これによってレーザビーム１０の上記
方向における幅を連続的に変化させることができるよう
にしであると共に、結像用球面レンズ５もレーザビーム
１０の進行方向およびその反対方向に移動可能としてあ
り、これによってレーザビーム１０の被加工面６ａでの
形状を適宜変更することができるようにしである。実」１１互第８図はこの発明に係るレーザビーム成形装置の第６実
施例を示しており、この第８図に示すレーザビーム成形
装置１では、レーザビーム１０を多重反射ミラー４の入
口付近に集光するための集光光学系を構成する集光用球
面レンズ１２と、集光されたレーザビーム１０を多重反
射させて均一なエネルギ強度分布をもつレーザビーム１
０に成形する反射光学系を構成する多重反射ミラー４と
、前記多重反射されたレーザビーム１０を被加工材６の
被加工面６ａで結像する結像光学系を構成する結像用シ
リンドリカルレンズ１５と、レーザビーム１０の光軸方
向に対し直交する方向で且つ多重反射ミラー４の反射面
と平行な方向でのレーザビーム１０の幅を所望のものに
設定するためのシリンドリカル光学系を構成するビーム
幅設定用シリンドリカルレンズ３とをレーザビーム１０
の進行方向に順次設けた構成をなすものである。この第６実施例のレーザビーム成形装置１においては、
結像用用シリンドリカルレンズ１５のシリンドリカル軸
が多重反射ミラー４の反射面と平行な方向に設けである
と共に、ビーム幅設定用シリンドリカルレンズ３のシリ
ンドリカル軸が多重反射ミラー４の反射面と直角な方向
に設けである。また、ビーム幅設定用シリンドリカルレ
ンズ３をレーザビーム１０の進行方向およびその反対方
向に移動可能としてあり、これによってレーザビーム１
０の上記方向における幅を連続的に変化させることがで
きるようにしであると共に、結像用シリンドリカルレン
ズ１５もレーザビーム１０の進行方向およびその反対方
向に移動可能としてあり、これによってレーザビーム１
０の被加工面６ａでの形状を適宜変更することができる
ようにしである。実施例７第９図はこの発明に係るレーザビーム成形装置の第７実
施例を示しており、この第９図に示すレーザビーム成形
装置１では、レーザビーム１０を多重反射ミラー４の入
口付近に集光するための集光光学系を構成する集光用シ
リンドリカルレンズ２と、レーザビーム１０の光軸方向
に対し直交する方向で且つ多重反射ミラー４の反射面と
平行な方向でのレーザビーム１０の幅を所望のものに設
定するためのシリンドリカル光学系を構成するビーム幅
設定用シリンドリカルレンズ３と、集光されたレーザビ
ーム１０を多重反射させて均一なエネルギ強度分布をも
つレーザビーム１０に成形する反射光学系を構成する多
重反射ミラー４と、前記多重反射されたレーザビーム１
０を被加工材６の被加工面６ａで結像する結像光学系を
構成する結像用シリンドリカルレンズ１５と、をレーザ
ビーム１０の進行方向に順次設けた構成をなすものであ
る。このｇＳ７実施例のレーザビーム成形装置１においては
、集光用シリンドリカルレンズ２と結像用シリンドリカ
ルレンズ１５のシリンドリカル軸が多重反射ミラー４の
反射面と平行な方向に設けであると共に、ビーム幅設定
用シリンドリカルレンズ３のシリンドリカル軸が多重反
射ミラー４の反射面と直角な方向に設けである。また、
ビーム幅設定用シリンドリカルレンズ３をレーザビーム
１０の進行方向およびその反対方向に移動可能としてあ
り、これによってレーザビーム１０の上記方向における
幅を連続的に変化させることができるようにしであると
共に、結像用シリンドリカルレンズ１５もレーザビーム
１０の進行方向およびその反対方向に移動可能としてあ
り、これによってレーザビーム１０の被加工面６ａでの
形状を適宜変更することができるようにしである。１４班１第１Ｏ図はこの発明に係るレーザビーム成形装置の第８
実施例を示しており、この第１０図に示すレーザビーム
成形装置１では、レーザビーム１０を多重反射ミラー４
の入口付近に集光するための集光光学系を構成する集光
用シリンドリカルレンズ２と、集光されたレーザビーム
１０を多重反射させて均一なエネルギ強度分布をもつレ
ーザビーム１０に成形する反射光学系を構成する多重反
射ミラー４と、前記多重反射されたレーザビーム１０を
被加工材６の被加工面６ａで結像する結像光学系を構成
する結像用球面レンズ５と、レーザビーム１０の光軸方
向に対し直交する方向で且つ多重反射ミラー４の反射面
と平行な方向でのレーザビーム１０の幅を所望のものに
設定するためのシリンドリカル光学系を構成するビーム
幅設定用シリンドリカルレンズ３とをレーザビーム１０
の進行方向に順次設けた構成をなすものである。この第８実施例のレーザビーム成形装置１においては、
集光用シリンドリカルレンズ２のシリンドリカル軸が多
重反射ミラー４の反射面と平行な方向に設けであると共
に、ビームＩＩＩＩ設定用シリンドリカルレンズ３のシ
リンドリカル軸が多重反射ミラー４の反射面と直角な方
向に設けである。また、ビーム幅設定用シリンドリカル
レンズ３をレーザビーム１０の進行方向およびその反対
方向に移動可能としてあり、これによってレーザビーム
１０の上記方向における幅を連続的に変化させることが
できるようにしであると共に、結像用球面レンズ５もレ
ーザビーム１０の進行方向およびその反対方向に移動可
能としてあり、これによってレーザビーム１０の被加工
面６ａでの形状を適宜変更することができるようにしで
ある。蓑ムＡ遣第１１図はこの発明に係るレーザビーム成形装置の第９
実施例を示しており、この第１１図に示すレーザビーム
成形装置１では、レーザビーム１０を多重反射ミラー４
の入口付近に集光するための集光光学系を構成する集光
用球面レンズ１２と、レーザビーム１０の光軸方向に対
し直交する方向で且つ多重反射ミラー４の反射面と平行
な方向でのレーザビーム１０の幅を所望のものに設定す
るためのシリンドリカル光学系を構成するビーム幅設定
用シリンドリカルレンズ３と、集光されたレーザビーム
１０を多重反射させて均一なエネルギ強度分布をもつレ
ーザビーム１０に成形する反射光学系を構成する多重反
射ミラー４と、前記多重反射されたレーザビーム１０を
被加工材６の被加工面６ａで結像する結像光学系を構成
する結像用シリンドリカルレンズ１５と、をレーザビー
ム１０の進行方向に順次設けた構成をなすものである。この第９実施例のレーザビーム成形装置１においては、
結像用シリンドリカルレンズ１５のシリンドリカル軸が
多重反射ミラー４の反射面と平行な方向に設けであると
共に、ビーム幅設定用シリンドリカルレンズ３のシリン
ドリカル軸が多重反射ミラー４の反射面と直角な方向に
設けである。また、ビーム幅設定用シリンドリカルレンズ３をレーザ
ビーム１０の進行方向およびその反対方向に移動可能と
してあり、これによってレーザビーム１０の上記方向に
おける幅を連続的に変化させることができるようにしで
あると共に、結像用シリンドリカルレンズ１５もレーザ
ビーム１０の進行方向およびその反対方向に移動可能と
してあり、これによってレーザビーム１０の被加工面６
ａでの形状を適宜変更することができるようにしである
。なお、上述した実施例では、集光光学系の一部、結像光
学系の一部およびシリンドリカル光学系においていずれ
もそれぞれシリンドリカルレンズ２．１５および３を採
用しているが、いずれかのシリンドリカルレンズにシリ
ンドリカルミラーを採用した構成のものとすることもで
きる。また１球面レンズ５．１２においては結像用また
は集光用凸レンズを採用しているが、結像用または集光
用凹面ミラーを採用した構成のものとすることもできる
。さらに、多重反射ミラー４には、平面状反射面を等間隔
で対向させた平行多重反射ミラーを採用しているが、平
面状反射面を傾斜して対向させた傾斜多重反射ミラーや
、所定の曲率を有する曲面状の反射面を対向させた曲面
多重反射ミラーを用いてもよく、この場合、２枚の曲面
多重反射ミラーの法線方向の間隔がどの位置においても
等しくなるように配設する構成としたものを採用するこ
ともできる。

【発明の効果】

以上説明してきたように、この発明に係るレーザビーム
成形装置は１反射面を対向配置してレーザビームを多重
反射する多重反射ミラーをそなえた反射光学系を具備す
ると共に、前記多重反射ミラーの入口付近にレーザビー
ムを集める集光光学系と、前記多重反射ミラーの出口部
分からのレーザビームの分布を結像させる結像光学系と
を具備し、前記反射光学系のレーザビーム入射側および
レーザビーム出射側の少なくともいずれかのレーザビー
ム光軸上に、前記レーザビームの進行方向と交差する方
向で且つ前記多重反射ミラーの反射面の方向におけるレ
ーザビームの幅を設定するシリンドリカル光学系を設け
た構成としたものであるから、レーザビームの成形に際
してレーザビームのエネルギ損失を少なくした状態で、
レーザビームのエネルギ強度パターンを均一化すること
が可能であり、例えば、Ｃ０２レーザビームを金属表面
に照射して表面改質を行う際に、均一な表面処理層を得
ることができるようになると共に、レーザビームによる
加工内容などに応じて当該レーザビームの形状１寸法を
変更することが可能であり、さらには被加工面において
必ずしもコーティングを施す必要がないようにすること
が可能であるという著しく優れた効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】第１図（ａ）（ｂ）拮この発明の第１実施例によるレー
ザビーム成形装置の要部構成を示す各々側面説明図およ
び平面説明図、第２図は集光光学系に入射されるレーザ
ビームの強度分布を例示する斜面説明図、第３図は被加
工面に照射されるレーザビームの強度分布を例示する斜
面説明図、第４図、第５図、第６図、第７図、第８図、
第９図、第１θ図および第１１図はこの発明の各々第２
、第３．第４．第５．第６．第７．第８および第９実施
例によるレーザビーム成形装置の要部構成を示すそれぞ
れ側面説明図、第１２図はｉｆ従来例のインテグレーシ
ョン型ビーム成形装置の要部構成を示す説明図、第１３
図は第２従来例のカライドスコープ型ビーム成形装置の
要部構成を示す説明図、！ｇ１４図は第３従来例のオシ
レート型ビーム成形装置の要部構成を示す説明図、第１
５図は第４従来例のポリゴンミラー型ビーム成形装置の
要部構成を示す説明図である。１・・・レーザビーム成形装置、２・・・集光用シリンドリカルレンズ（集光光学系）、３・・・シリンドリカルレンズ（シリンドリカル光学系
）。４・・・多重反射ミラー（反射光学系）。５・・・結像用球面レンズ（結像光学系）。１２・・・集光用球面レンズ（集光光学系）、１５・・
・結像用シリンドリカルレンズ〔結像光学系〕。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）反射面を対向配置してレーザビームを多重反射す
る多重反射ミラーをそなえた反射光学系を具備すると共
に、前記多重反射ミラーの入口付近にレーザビームを集
める集光光学系と、前記多重反射ミラーの出口部分から
のレーザビームの分布を結像させる結像光学系とを具備
し、前記反射光学系のレーザビーム入射側およびレーザ
ビーム出射側の少なくともいずれかのレーザビーム光軸
上に、前記レーザビームの進行方向と交差する方向で且
つ前記多重反射ミラーの反射面の方向におけるレーザビ
ームの幅を設定するシリンドリカル光学系を設けたこと
を特徴とするレーザビーム成形装置。
（２）シリンドリカル光学系は、レーザビームの進行方
向およびその反対方向に移動可能となっていることを特
徴とする特許請求の範囲第（１）項に記載のレーザビー
ム成形装置。