JPH0428493A - レーザ光学系 - Google Patents
レーザ光学系Info
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- JPH0428493A JPH0428493A JP2132289A JP13228990A JPH0428493A JP H0428493 A JPH0428493 A JP H0428493A JP 2132289 A JP2132289 A JP 2132289A JP 13228990 A JP13228990 A JP 13228990A JP H0428493 A JPH0428493 A JP H0428493A
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- laser
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- optical system
- laser beam
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- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims description 31
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012993 chemical processing Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
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- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
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Landscapes
- Laser Beam Processing (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
(産業上の利用分野)
この発明は、レーザ光学系に関し、レーザ光のもつエネ
ルギを用いて例えば表面硬化1表面改質、溶接、穴あけ
、ヤイクロ加工、切断、化学加工、粉末製造等を行うの
に利用されるレーザ光学系に関するものである。 (従来の技術) レーザ光のもつエネルギを用いて各種のレーザ加工を行
なう場合、加工に用いるレーザ光のビーム形状は加工後
の性状に大きな影響を及ぼす重要な因子のひとつである
。 例えば、鉄鋼材料のレーザ焼入れを行なう場合、所定の
焼入れ深さや幅を得るためには、最適なレーザ出力とと
もに、最適な形状のビームを用いる必要がある。 特にブリュースタ角を利用した焼入れでは、被加工物に
対するレーザ光の入射角度が大きいため、ビーム形状と
ともにビームの集光方法が重要になる。 第4図は従来のレーザ光学系の構成を例示し、第5図は
184図の被加工物の部分を拡大して示すものであって
、図において、31はレーザ発振器、32はレーザ光、
33は凹面ミラー34はレーザ被照射物すなわち被加工
物である。 このようなレーザ光学系において、レーザ発振器31よ
り発せられたレーザ光32は凹面ミラー33により集光
され、所定のレーザ光入射角度θ0において所定のビー
ム形状が得られる位置に被加工物34を配置して所望の
レーザ加工を行なう(なお、この種のビーム集束光学系
については、例えば、「レーザ加工技術j 昭和61年
7月10日 日刊工業新聞社発行の第24頁〜第31頁
の12・6ビ一ム集束光学系Jに若干の記載がある。 (発明が解決しようとする課題) しかしながら、このような従来のレーザ光学系にあって
は、所定のビーム形状を得るために。 レーザ光32を凹面ミラー33によって反射させて集光
し、凹面ミラー33と被加工物34の距離を変化させる
ことによって所定のビーム形状を得るという手段を用い
ていたため、得られるビーム形状はレーザ発振器31よ
り発せられた元のビーム形状と相似形をなすものであり
、被加工物34に対するレーザ光32の入射角度が大き
い場合にはレーザ光照射部のパワー密度が太きく不均一
になる。また、非平行光線であるため第5図に示すよう
にレーザ光中心での入射角度θ。に対してぃ−ザ照射部
上部での入射角度θ1が中心より小さく、下部での入射
角度θ2が中心より大きくなって、入射角度が場所によ
って異なってしまい、とくにブリュースタ角を利用した
焼入れでは入射角度の違いによりレーザ吸収率が変化す
るため均一な焼入れが不可能であるという問題点があり
、このような問題点を解決することが課題となっていた
。 (発明の目的) この発明は、このような従来の課題にかんがみてなされ
たもので、最終的に平行光線となったレーザ光を得るこ
とが可能であってレーザ光の入射角度がレーザ照射部の
場所によって異なるようなことがなく、例えばブリュー
スタ角を利用した焼入れであってもレーザパワー密度お
よび入射角度とも均一な条件で実施することが可能とな
るレーザ光学系を提供することを目的としている。
ルギを用いて例えば表面硬化1表面改質、溶接、穴あけ
、ヤイクロ加工、切断、化学加工、粉末製造等を行うの
に利用されるレーザ光学系に関するものである。 (従来の技術) レーザ光のもつエネルギを用いて各種のレーザ加工を行
なう場合、加工に用いるレーザ光のビーム形状は加工後
の性状に大きな影響を及ぼす重要な因子のひとつである
。 例えば、鉄鋼材料のレーザ焼入れを行なう場合、所定の
焼入れ深さや幅を得るためには、最適なレーザ出力とと
もに、最適な形状のビームを用いる必要がある。 特にブリュースタ角を利用した焼入れでは、被加工物に
対するレーザ光の入射角度が大きいため、ビーム形状と
ともにビームの集光方法が重要になる。 第4図は従来のレーザ光学系の構成を例示し、第5図は
184図の被加工物の部分を拡大して示すものであって
、図において、31はレーザ発振器、32はレーザ光、
33は凹面ミラー34はレーザ被照射物すなわち被加工
物である。 このようなレーザ光学系において、レーザ発振器31よ
り発せられたレーザ光32は凹面ミラー33により集光
され、所定のレーザ光入射角度θ0において所定のビー
ム形状が得られる位置に被加工物34を配置して所望の
レーザ加工を行なう(なお、この種のビーム集束光学系
については、例えば、「レーザ加工技術j 昭和61年
7月10日 日刊工業新聞社発行の第24頁〜第31頁
の12・6ビ一ム集束光学系Jに若干の記載がある。 (発明が解決しようとする課題) しかしながら、このような従来のレーザ光学系にあって
は、所定のビーム形状を得るために。 レーザ光32を凹面ミラー33によって反射させて集光
し、凹面ミラー33と被加工物34の距離を変化させる
ことによって所定のビーム形状を得るという手段を用い
ていたため、得られるビーム形状はレーザ発振器31よ
り発せられた元のビーム形状と相似形をなすものであり
、被加工物34に対するレーザ光32の入射角度が大き
い場合にはレーザ光照射部のパワー密度が太きく不均一
になる。また、非平行光線であるため第5図に示すよう
にレーザ光中心での入射角度θ。に対してぃ−ザ照射部
上部での入射角度θ1が中心より小さく、下部での入射
角度θ2が中心より大きくなって、入射角度が場所によ
って異なってしまい、とくにブリュースタ角を利用した
焼入れでは入射角度の違いによりレーザ吸収率が変化す
るため均一な焼入れが不可能であるという問題点があり
、このような問題点を解決することが課題となっていた
。 (発明の目的) この発明は、このような従来の課題にかんがみてなされ
たもので、最終的に平行光線となったレーザ光を得るこ
とが可能であってレーザ光の入射角度がレーザ照射部の
場所によって異なるようなことがなく、例えばブリュー
スタ角を利用した焼入れであってもレーザパワー密度お
よび入射角度とも均一な条件で実施することが可能とな
るレーザ光学系を提供することを目的としている。
(課題を解決するための手段)
この発明は、レーザ発振器より発せられたレーザ光をミ
ラー、レンズを用いて所定のビーム形状に形成するレー
ザ光学系において、同じ方向に対して曲率を持つ円筒凹
面ミラーもしくは円筒凸レンズと円筒凸面ミラーもしく
は円筒凹レンズの組合せ2組を各々の組合せの曲率を持
つ方向が直交する方向に配置してなる構成とし、実施態
様においては、組合せられた円筒凹面ミラーもしくは円
筒凸レンズと円筒凸面ミラーもしくは円筒凹レンズとの
距離が可変である構成としたことを特徴としており、こ
のようなレーザ光学系の構成を前述した従来の課題を解
決するための手段としている。 (発明の作用) この発明に係わるレーザ光学系は、上記した構成を有す
るものであるから1 レーザ光のビーム形状がX方向と
このX方向に対し直交するY方向とで各々独立して制御
されうるものとなり、最終的に平行光線となったレーザ
光が得られるようになることから、レーザ被照射部のパ
ワー密度および入射角度がともに均一な条件でレーザ加
工が実施されるようになって、レーザ加工後の品質向上
に寄与するものとなる。 (実施例) 以下この発明の実施例を図面に基づいて説明する。 実m(牲」 第1図はこの発明に係わるレーザ光学系の第1実施例を
示す図であり、第2図は第1図の被加工物部分の拡大説
明図である。 第1図に示すレーザ光学系10において、11はレーザ
発振器、12はレーザ光、13はX軸に対して曲率を持
つ円筒凹面ミラー、14はX軸に対して曲率を持つ円筒
凸面ミラー、15はX軸に対して曲率を持つ円筒凹面ミ
ラー、16はy軸に対して曲率を持つ円筒凸面ミラー、
17は被加工物である。 この実施例1のレーザ光学系10において、レーザ発振
器11より発せられたレーザ光12はX軸に対して曲率
を持つように設置された円筒凹面ミラー13により反射
され、XZ平面上で集光されながらX軸に対して曲率を
持つように設置された円筒凸面ミラー14へ入射する0
次いで、この円筒凸面ミラー14により反射されたレー
ザ光12はXZ平面上で平行光となってこんどはy軸に
対して曲率を持つように設置された円筒凹面ミラー15
に入射する0次に、この円筒凹面ミラー15により反射
されたレーザ光12はyz平面上で集光されながらy軸
に対して曲率を持つように設置された円筒凸面ミラー1
6に入射し、yz平面上で平行光となって被加工物17
に入射する。 この結果、被加工物17に対してあらゆる方向からみて
平行なレーザ光12が入射することとなる。 また、円筒凹面ミラー13と円筒凸面ミラー14との距
1tJl+、あるいは円筒凹面ミラー15と円筒凸面ミ
ラー16との距離文、を変化させることにより、得られ
る平行光線の幅をX軸方向とy軸方向で独立して変化さ
せることができる。 その結果、大きな入射角度でレーザ加工を行なう場合で
あっても、被加工物17上で所定のビーム形状が得られ
るようにビームの形状を制御することができ、第2図に
示すように被加工物17上におけるレーザ照射部のどの
位置でも等しい入射角度θでレーザ光12が照射できる
。また、ビームのX軸長さとX軸長さの比を大きくした
場合はぼ矩形に近いビーム形状が得られるため、レーザ
照射部のパワー密度の不均一さを軽減することができる
。 実*@2 第3図はこの発明に係わるレーザ光学系の第2実施例を
示す図である。 第3図に示すレーザ光学系20において、21はレーザ
発振器、22はレーザ光、23はX軸に対して曲率を持
つ円筒凸レンズ、24はX軸に対して曲率を持つ円筒凹
レンズ、25はy軸に対して曲率を持つ円筒凸レンズ、
26はy軸に対−して曲率を持つ円筒凹レンズ、27は
被加工物である。 この実施例2のレーザ光学系20において、レーザ発振
器21より発せられたレーザ光22はX軸に対して曲率
を持つように設置された円筒凸レンズ23を通過し、X
Z平面上で集光されながらX軸に対して曲率を持つよう
に設置された円筒凹レンズ24へ入射する0次いで、こ
の円筒凹レンズ24を通過したレーザ光22はXZ平面
上で平行光となってこんどはy軸に対して曲率を持つよ
うに設置された円筒凸レンズ25に入射する。 次に、この円筒凸レンズ25を通過したレーザ光22は
72面上で集光されながらy軸に対して曲率を持つよう
に設置された円筒凹レンズ26に入射し、yz平面上で
平行光となって被加工物27に入射する。 この結果、被加工物27に対してあらゆる方向からみて
平行なレーザ光22が入射することとなる。 また1円筒凸レンズ23と円筒凹レンズ24との距離!
13、あるいは円筒凸レンズ25と円筒凹レンズ26と
の距離見4を変化させることにより、得られる平行光線
の幅をX軸方向とy軸方向で独立して変化させることが
できる。 その結果、実施例1と同様に、大きな入射角度でレーザ
加工を行なう場合であっても、被加工物27上で所定の
ビーム形状が得られるようにビームの形状を制御するこ
とができ、レーザ照射部のどの位置でも等しい入射角度
でレーザ光22が照射できると共に、レーザ照射部のパ
ワー密度の不均一さを軽減することができる。 なお、実施例1では凹面ミラー13.15と凸面ミラー
14.16との組合せとし、実施例2では凸レンズ23
.25と凹レンズ24.26との組合せとした場合を示
しているが、このようなミラー同士およびレンズ同士の
光学系のほか、ミラーとレンズとを組合せた光学系にも
適用することが可能である。
ラー、レンズを用いて所定のビーム形状に形成するレー
ザ光学系において、同じ方向に対して曲率を持つ円筒凹
面ミラーもしくは円筒凸レンズと円筒凸面ミラーもしく
は円筒凹レンズの組合せ2組を各々の組合せの曲率を持
つ方向が直交する方向に配置してなる構成とし、実施態
様においては、組合せられた円筒凹面ミラーもしくは円
筒凸レンズと円筒凸面ミラーもしくは円筒凹レンズとの
距離が可変である構成としたことを特徴としており、こ
のようなレーザ光学系の構成を前述した従来の課題を解
決するための手段としている。 (発明の作用) この発明に係わるレーザ光学系は、上記した構成を有す
るものであるから1 レーザ光のビーム形状がX方向と
このX方向に対し直交するY方向とで各々独立して制御
されうるものとなり、最終的に平行光線となったレーザ
光が得られるようになることから、レーザ被照射部のパ
ワー密度および入射角度がともに均一な条件でレーザ加
工が実施されるようになって、レーザ加工後の品質向上
に寄与するものとなる。 (実施例) 以下この発明の実施例を図面に基づいて説明する。 実m(牲」 第1図はこの発明に係わるレーザ光学系の第1実施例を
示す図であり、第2図は第1図の被加工物部分の拡大説
明図である。 第1図に示すレーザ光学系10において、11はレーザ
発振器、12はレーザ光、13はX軸に対して曲率を持
つ円筒凹面ミラー、14はX軸に対して曲率を持つ円筒
凸面ミラー、15はX軸に対して曲率を持つ円筒凹面ミ
ラー、16はy軸に対して曲率を持つ円筒凸面ミラー、
17は被加工物である。 この実施例1のレーザ光学系10において、レーザ発振
器11より発せられたレーザ光12はX軸に対して曲率
を持つように設置された円筒凹面ミラー13により反射
され、XZ平面上で集光されながらX軸に対して曲率を
持つように設置された円筒凸面ミラー14へ入射する0
次いで、この円筒凸面ミラー14により反射されたレー
ザ光12はXZ平面上で平行光となってこんどはy軸に
対して曲率を持つように設置された円筒凹面ミラー15
に入射する0次に、この円筒凹面ミラー15により反射
されたレーザ光12はyz平面上で集光されながらy軸
に対して曲率を持つように設置された円筒凸面ミラー1
6に入射し、yz平面上で平行光となって被加工物17
に入射する。 この結果、被加工物17に対してあらゆる方向からみて
平行なレーザ光12が入射することとなる。 また、円筒凹面ミラー13と円筒凸面ミラー14との距
1tJl+、あるいは円筒凹面ミラー15と円筒凸面ミ
ラー16との距離文、を変化させることにより、得られ
る平行光線の幅をX軸方向とy軸方向で独立して変化さ
せることができる。 その結果、大きな入射角度でレーザ加工を行なう場合で
あっても、被加工物17上で所定のビーム形状が得られ
るようにビームの形状を制御することができ、第2図に
示すように被加工物17上におけるレーザ照射部のどの
位置でも等しい入射角度θでレーザ光12が照射できる
。また、ビームのX軸長さとX軸長さの比を大きくした
場合はぼ矩形に近いビーム形状が得られるため、レーザ
照射部のパワー密度の不均一さを軽減することができる
。 実*@2 第3図はこの発明に係わるレーザ光学系の第2実施例を
示す図である。 第3図に示すレーザ光学系20において、21はレーザ
発振器、22はレーザ光、23はX軸に対して曲率を持
つ円筒凸レンズ、24はX軸に対して曲率を持つ円筒凹
レンズ、25はy軸に対して曲率を持つ円筒凸レンズ、
26はy軸に対−して曲率を持つ円筒凹レンズ、27は
被加工物である。 この実施例2のレーザ光学系20において、レーザ発振
器21より発せられたレーザ光22はX軸に対して曲率
を持つように設置された円筒凸レンズ23を通過し、X
Z平面上で集光されながらX軸に対して曲率を持つよう
に設置された円筒凹レンズ24へ入射する0次いで、こ
の円筒凹レンズ24を通過したレーザ光22はXZ平面
上で平行光となってこんどはy軸に対して曲率を持つよ
うに設置された円筒凸レンズ25に入射する。 次に、この円筒凸レンズ25を通過したレーザ光22は
72面上で集光されながらy軸に対して曲率を持つよう
に設置された円筒凹レンズ26に入射し、yz平面上で
平行光となって被加工物27に入射する。 この結果、被加工物27に対してあらゆる方向からみて
平行なレーザ光22が入射することとなる。 また1円筒凸レンズ23と円筒凹レンズ24との距離!
13、あるいは円筒凸レンズ25と円筒凹レンズ26と
の距離見4を変化させることにより、得られる平行光線
の幅をX軸方向とy軸方向で独立して変化させることが
できる。 その結果、実施例1と同様に、大きな入射角度でレーザ
加工を行なう場合であっても、被加工物27上で所定の
ビーム形状が得られるようにビームの形状を制御するこ
とができ、レーザ照射部のどの位置でも等しい入射角度
でレーザ光22が照射できると共に、レーザ照射部のパ
ワー密度の不均一さを軽減することができる。 なお、実施例1では凹面ミラー13.15と凸面ミラー
14.16との組合せとし、実施例2では凸レンズ23
.25と凹レンズ24.26との組合せとした場合を示
しているが、このようなミラー同士およびレンズ同士の
光学系のほか、ミラーとレンズとを組合せた光学系にも
適用することが可能である。
この発明に係わるレーザ光学系では、同じ方向に対して
曲率を持つ円筒凹面ミラーもしくは円筒凸レンズと円筒
凸面ミラーもしくは円筒凹レンズの組合せ2組を各々の
組合せの曲率を持つ方向が直交する方向に配置してなる
構成としたため、レーザ光のビーム形状をX方向、y方
向で独立して制御することが可能となり、最終的に平行
光線となったレーザ光が得られる結果、例えば、ブリュ
ースタ角を利用した焼入れのようなレーザ光の被加工物
に対する入射角度が大きい加工においても、レーザ被照
射部のパワー密度、入射角度ともに均一な条件で加工を
行なうことが可能になり、加工後の品質の向上に寄与す
るという著大なる効果がもたらされる。
曲率を持つ円筒凹面ミラーもしくは円筒凸レンズと円筒
凸面ミラーもしくは円筒凹レンズの組合せ2組を各々の
組合せの曲率を持つ方向が直交する方向に配置してなる
構成としたため、レーザ光のビーム形状をX方向、y方
向で独立して制御することが可能となり、最終的に平行
光線となったレーザ光が得られる結果、例えば、ブリュ
ースタ角を利用した焼入れのようなレーザ光の被加工物
に対する入射角度が大きい加工においても、レーザ被照
射部のパワー密度、入射角度ともに均一な条件で加工を
行なうことが可能になり、加工後の品質の向上に寄与す
るという著大なる効果がもたらされる。
第1図はこの発明の第1実施例によるレーザ光学系の構
成を示す説明図、第2図は第1図の被加工物部分の拡大
説明図、第3図はこの発明の第2実施例によるレーザ光
学系の構成を示す説明図、第4図は従来のレーザ光学系
の構成を示す説明図、第5図は第4図の被加工物部分の
拡大説明図である。 10・・・レーザ光学系、11・・・レーザ発振器、1
2・・・レーザ光、13・・・X軸に対して曲率を持つ
円筒凹面ミラー、14・・・X軸に対して曲率を持つ円
筒凸面ミラー、15・・・y軸に対して曲率を持つ円筒
凹面ミラー、16・・・y軸に対して曲率を持つ円筒凸
面ミラー、17・・・被加工物、20・・・レーザ光学
系、21・・・レーザ発振器、22・・・レーザ光、2
3・・・X軸に対して曲率を持つ円筒凸レンズ。 24・・・X軸に対して曲率を持つ円筒凹レンズ、25
・・・y軸に対して曲率を持つ円筒凸レンズ、26・・
・y軸に対して曲率を持つ円筒凹レンズ、27・・・被
加工物。 特許出願人 日産自動車株式会社
成を示す説明図、第2図は第1図の被加工物部分の拡大
説明図、第3図はこの発明の第2実施例によるレーザ光
学系の構成を示す説明図、第4図は従来のレーザ光学系
の構成を示す説明図、第5図は第4図の被加工物部分の
拡大説明図である。 10・・・レーザ光学系、11・・・レーザ発振器、1
2・・・レーザ光、13・・・X軸に対して曲率を持つ
円筒凹面ミラー、14・・・X軸に対して曲率を持つ円
筒凸面ミラー、15・・・y軸に対して曲率を持つ円筒
凹面ミラー、16・・・y軸に対して曲率を持つ円筒凸
面ミラー、17・・・被加工物、20・・・レーザ光学
系、21・・・レーザ発振器、22・・・レーザ光、2
3・・・X軸に対して曲率を持つ円筒凸レンズ。 24・・・X軸に対して曲率を持つ円筒凹レンズ、25
・・・y軸に対して曲率を持つ円筒凸レンズ、26・・
・y軸に対して曲率を持つ円筒凹レンズ、27・・・被
加工物。 特許出願人 日産自動車株式会社
Claims (2)
- (1)レーザ発振器より発せられたレーザ光をミラー、
レンズを用いて所定のビーム形状に形成するレーザ光学
系において、同じ方向に対して曲率を持つ円筒凹面ミラ
ーもしくは円筒凸レンズと円筒凸面ミラーもしくは円筒
凹レンズの組合せ2組を各々の組合せの曲率を持つ方向
が直交する方向に配置してなることを特徴とするレーザ
光学系。 - (2)組合せられた円筒凹面ミラーもしくは円筒凸レン
ズと円筒凸面ミラーもしくは円筒凹レンズとの距離が可
変である請求項第1項に記載のレーザ光学系。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2132289A JPH0428493A (ja) | 1990-05-22 | 1990-05-22 | レーザ光学系 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2132289A JPH0428493A (ja) | 1990-05-22 | 1990-05-22 | レーザ光学系 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0428493A true JPH0428493A (ja) | 1992-01-31 |
Family
ID=15077807
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2132289A Pending JPH0428493A (ja) | 1990-05-22 | 1990-05-22 | レーザ光学系 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0428493A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009082927A (ja) * | 2007-09-27 | 2009-04-23 | Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd | レーザ加工装置 |
JP2012000675A (ja) * | 2010-06-15 | 2012-01-05 | Lg Chem Ltd | レーザーを用いたロールフィルム切断装置 |
JPWO2016151827A1 (ja) * | 2015-03-25 | 2018-01-11 | ギガフォトン株式会社 | レーザ装置 |
-
1990
- 1990-05-22 JP JP2132289A patent/JPH0428493A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009082927A (ja) * | 2007-09-27 | 2009-04-23 | Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd | レーザ加工装置 |
JP2012000675A (ja) * | 2010-06-15 | 2012-01-05 | Lg Chem Ltd | レーザーを用いたロールフィルム切断装置 |
TWI471185B (zh) * | 2010-06-15 | 2015-02-01 | Lg Chemical Ltd | 使用雷射光之膜卷切割裝置 |
JPWO2016151827A1 (ja) * | 2015-03-25 | 2018-01-11 | ギガフォトン株式会社 | レーザ装置 |
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