JPH0631470A - レーザ光のビーム強度分布の制御方法及び装置並びにそ れを用いた加工方法及び装置 - Google Patents

レーザ光のビーム強度分布の制御方法及び装置並びにそ れを用いた加工方法及び装置

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JPH0631470A
JPH0631470A JP4186898A JP18689892A JPH0631470A JP H0631470 A JPH0631470 A JP H0631470A JP 4186898 A JP4186898 A JP 4186898A JP 18689892 A JP18689892 A JP 18689892A JP H0631470 A JPH0631470 A JP H0631470A
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JP
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intensity distribution
beam intensity
laser light
laser
processing
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JP4186898A
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Kazuo Mera
和夫 米良
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 レーザ装置において、レーザ光のビーム強度
分布を任意の形に制御する。 【構成】 レーザ発振器1から出射されるレーザ光2
は、一部を反射させるビームスプリッター3により透過
光4と反射光5に分割され、反射光は検出器6に照射、
吸収される。透過光は液晶7を透過し、偏光素子8にて
反射し加工点へ照射される。この時、検出器6にて検出
したビーム強度分布9とあらかじめ設定したビーム強度
分布10とを比較し、その差信号に基づく電圧信号に
て、マトリックス状の個々の液晶を各々制御することに
より、任意のビーム強度分布が得られる。 【効果】 加工用途に応じたビーム強度分布が得られ、
高品質なレーザ加工ができる。また、マルチ加工がで
き、作業効率向上、省力化ができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光のビーム断面
の強度分布を任意の強度分布に変換、制御する方法及び
装置並びにそれを用いた被加工物の加工方法及び装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】被加工物の種類、形状あるいは加工その
ものの種類に応じてレーザ光のビーム強度分布を異なら
しめることが望まれるが、ビーム強度分布をレーザ発振
器側で任意に制御することは現在の技術ではほぼ不可能
であり、また、発振したレーザ光のビーム強度分布を任
意の強度分布に変換する技術もまた存在していない。今
日利用されているビーム強度変換方法は、発振されたレ
ーザ光の強度分布を単にある一定の形のみに変換する方
法のみである。
【0003】その一例として、ビーム強度分布を均一化
する手段について、図8を参照して説明する。図8は、
カライドスコープを用いたビーム強度分布均一化手段の
一例を示しており、ビーム強度分布20を持つレーザビ
ーム2は入射側レンズ21を介し、内面がミラーである
カライドスコープ22へ入射される。入射されたビーム
は、カライドスコープ内面で多重反射を行ない、出射側
レンズ23を通して出射される。この出射ビームのビー
ム強度分布24は、カライドスコープ内面での多重反射
により図示のようにほぼ均一な形となる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
技術においてはレーザ光のビーム強度分布を任意に変換
し制御するのに有効な技術は存在せず、限られたある一
定の形のみに変換するだけであった。このような技術で
は以下の問題点が存在している。 (1)任意のビーム強度分布に変換、制御できない。 (2)レーザ光のビーム強度分布は短時間において刻々
と変化しており、上記した従来技術では、この変化に追
従しながらビーム強度分布を変換し制御することは事実
上不可能である。 (3)また、レーザ発振器の長時間使用により光学系等
は経年劣化を伴うが、こり経年変化に基づくレーザ光の
ビーム強度分布変化に対しても、従来技術ではそれに応
じて追従し制御することは困難である。
【0005】本発明の目的は、従来技術の持つ上記のよ
うな不都合を解消することを目的としており、より具体
的には、レーザ発振器から発振したレーザ光のビーム強
度分布を任意の形に変換させ、かつレーザ光の時間的変
動に対しても追従しながら、ビーム強度分布を所望の目
的値に制御することが可能なビーム強度分布制御方法及
び装置を得ることにある。
【0006】本発明のさらに他の目的は、そのようなビ
ーム強度分布の制御方法及び装置を用いることにより、
どのような被加工物の種類や形状あるいは加工そのもの
の種類に対しても適切に被加工物を加工することのでき
る、被加工物のレーザ加工方法及び装置を得ることにあ
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決しかつ
目的を達成するために、本発明は、任意のレーザ光のビ
ーム強度分布と目標値との差信号を演算し、該差信号に
相当する電圧を液晶の設定駆動電圧として液晶に印加
し、前記レーザ光を該設定駆動電圧が印加された液晶を
通過させることにより偏光させ、該偏光したレーサ光を
偏光素子を用いて目標とするビーム強度分布を持つレー
ザ光とその他の成分を持つレーザ光とに分離することを
特徴とする、レーザ光のビーム強度分布の制御方法を開
示する。
【0008】本発明は、上記の方法を実施するための装
置として、レーザ光のビーム強度分布を検出する手段
と、該検出手段による検出値と目標とするビーム強度分
布値との差信号を演算する手段と、前記レーザ光が通過
すると共に前記差信号演算手段からの差信号に相当する
電圧が設定駆動電圧として印加される液晶と、該液晶を
通過したレーザ光を偏光角の異なった成分に分離するた
めの偏光素子、とからなることを特徴とするレーザ光の
ビーム強度分布の制御装置をも開示する。
【0009】上記の方法及び装置は、レーザ光のビーム
強度分布を所望の任意の強度分布を持つモードに容易に
制御することができることから、レーザ光を利用した加
工装置をそれを適用することは特に有効であり、またそ
の場合、被加工物側のの情報、例えば被加工物そのもの
の情報あるいは加工時のレーザ光の光スペクトル、光
量、波長、散乱光あるいはその変化量等などを検出し、
その結果を所期の目標値にフィードバックさせることに
より、より安定したレーザ加工を行うことができる。ま
た、本発明において、レーザ光が透過しかつ駆動電圧が
印加される液晶手段としては、マトリックス状に配列し
た透過形液晶を用いることができる。
【0010】
【作用】レーザ発振器からのレーザ光をビームスプリッ
タを用いて一部取り出し、ビーム強度分布検出手段によ
りビーム強度分布を検出する。検出したビーム強度分布
と指定した任意のビーム強度分布と比較演算し、その差
分に相当する電圧をマトリックス状に配置した透過形液
晶を構成する液晶セル単位ごとに印加し、偏光特性を制
御することにより、液晶を透過するレーザ光のビーム強
度分布を任意の形に変換する。
【0011】
【実施例】以下、本発明を幾つかの実施例に基づきより
詳細に説明する。図1は本発明の第1の実施例の構成を
示している。レーザ発振器1から出射される直線偏光レ
ーザ光2は、一部を反射させるビームスプリッター3に
より透過光4と反射光5に分割される。反射光5はビー
ム強度分布を検出する検出器6に吸収され、検出器6は
レーザ光のビーム強度分布9に応じた信号を発する。ま
た、透過光4は、小形セルをマトリックス状に配列した
液晶7を透過し、偏光素子8により、反射していく。検
出器6により検出されたレーザ光のビーム強度分布9は
比較器11においてあらかじめ設定した任意のビーム強
度分布10と比較演算され、比較器11は強度分布の各
差分量に応じた差信号を電圧の形で発生する。
【0012】該差分の電圧信号はマトリックス状に配列
した液晶7の各小形セルを各々制御し、後記するように
そこを透過するレーザ光の偏光角をその電圧値に比例シ
て変化させる。上記差分量に応じて偏光したレーザ光の
一部12(以下、P成分光という)は偏光素子8を透過
し、残りすなわち設定したビーム強度分布10と同じビ
ーム強度分布のレーザ光13(以下、S成分光という)
が反射されてくる。このレーザ光13を被加工物に対し
て照射して所要のレーザ加工を行う。
【0013】ここで上記液晶の特性について図2、図3
を用いてより詳細に説明する。一般に、液晶は、図2
a、bに示すように、そこに印加される電圧により透過
するレーザ光の偏光角を変化させる特徴があることはよ
く知られている。その特性は、例えば図3aに示すよう
に、レーザ光2を液晶セル14を透過して偏光素子8に
照射しながら、液晶セル14に印加する電圧15を変化
させ、偏光素子8からの透過レーザ光のパワーをメータ
16にて測定することにより観察することができる。図
3bは、印加電圧Vと透過パワーPの関係を示してお
り、印加電圧Vを変化させると、液晶による偏光角の変
化が生じて透過パワーPが変化することがわかる。この
変化の態様は液晶により異なるが、図示のものにおいて
は、その変化がリニアでなだらかな傾きであることを示
している。本発明の実施においてはこのような変化特性
を持つ液晶を用いることが好ましく、このような液晶セ
ルをマトリックス状に配置し、レーザ光の各分布に対応
して次のような手段により各セルを各々制御することに
より、本発明は実施され得る。
【0014】図4は、前記した比較手段11の差信号回
路を示している。ビーム強度分布を測定するためマトリ
ックス状に公知のセンサを設置した検出器6にて、レー
ザ光のビーム強度分布を検出し、各センサーからの出力
を増幅・ホールド回路にて、出力電圧V0 、V1 、・・
として出力させる。その時の各出力分布は、通常図5a
に示すような形をとり、この分布が、ビーム強度分布
(ビームモード)となる。ここで、検出したビーム強度
分布を目標値である任意のビーム強度分布10(図1参
照)とするため、図5aにおいて相当する出力電圧V0
を用いて、前記各センサ出力電圧V1 、V2 、・・とV
0との差を算出する(差分回路)。その各差分を対応す
る液晶セルの設定駆動電圧にすることによって、図5b
に示すように各液晶セルを透過するレーザ光をその設定
駆動電圧に応じて偏光させることが可能となり、その偏
光したレーザ光を偏光素子を透過させることにより、レ
ーザ偏光角の異なるP.S成分に分離することができ
る。例えばS偏光の入射レーザ光を任意のビーム強度分
布にするために、不要な部分をP偏光に、必要なものを
S偏光に分離する(図5c)。
【0015】図6は、本発明の他の実施例を示してい
る。この実施例においては、図1に示した上記の実施例
における偏光素子8を透過したレーザ光が反射する反射
板17を設けたことが特長である。これにより、レーザ
のマルチ加工が可能となる。従来のマルチ加工は単にビ
ームスパッター等でビームを分割する方式やミラーを光
路に出し入れする方式であったため、必ずしも実用性に
富んだものではなかったが、本発明によれば、各加工点
でのビーム強度分布をそれぞれに変えることがしできる
ことから、切断、溶接、熱処理、マーキング等、種々の
加工に対して、このマルチ加工を有効に適用することが
できる。また、液晶を制御するだけで、加工点の切換が
瞬時にできる効果もある。
【0016】本発明の他の一実施例を図7に示す。この
実施例においては、前記の各実施例における構成に加
え、被加工物の加工点の状況を検知する検知手段として
のセンサー11を設け、そのセンシング情報を演算器1
9にて規定値(例えば、目標値である任意のビーム強度
分布)と比較判別し、前記比較器11へビーム強度分布
の指令を行なうものである。
【0017】ここでセンサーは、被加工物の材質、板
厚、表面状態等をセンシングし、且つ、レーザ加工時の
加工点の変化(温度、歪)をセンシングすることによ
り、被加工物に応じた最適なビーム強度分布になるよう
に、加工しながら制御できる特長がある。
【0018】
【発明の効果】本発明によれば、レーザ光のビーム強度
分布を任意の形にできるので、加工用途に応じたビーム
強度分布が得られ、高品質なレーザ加工が可能となる。
また、偏光素子等を用いることにより、多ステージでの
マルチ加工等が可能となり、作業の高効率化、省力化が
可能となる。また、センシング機能と組合せることによ
り、被加工物に最適な加工条件でレーザ加工が実施で
き、高品質化が可能となる。また、入射するレーザ光自
体が短時間変動、及び経年変化しても、それを補正し
て、任意のビーム強度分布が得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例の全体構成図。
【図2】 液晶の原理説明図。
【図3】 液晶の特性曲線を示す図。
【図4】 比較、演算回路を示す図。
【図5】 ビーム強度分布及びそのPS分離を説明する
図。
【図6】 本発明の他の実施例の全体構成図。
【図7】 本発明のさらに他の実施例の全体構成図。
【図8】 カライドスコープを用いた従来技術を示す
図。
【符号の説明】
1・・・レーザ発振器 2・・・レーザ光 3・・
・ビームスプリッター 6・・・検出器 7・・・液晶 8・・・
偏光素子 11・・・制御器 14・・・液晶セル 17・・
・反射板 18・・・センサ 19・・・演算器 22・・
・カライドスコープ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 任意のレーザ光のビーム強度分布と目標
    値との差信号を演算し、該差信号に相当する電圧を液晶
    の設定駆動電圧として液晶に印加し、前記レーザ光を該
    設定駆動電圧が印加された液晶を通過させることにより
    偏光させ、該偏光したレーサ光を偏光素子を用いて目標
    とするビーム強度分布を持つレーザ光とその他の成分を
    持つレーザ光とに分離することを特徴とする、レーザ光
    のビーム強度分布の制御方法。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の制御方法により制御さ
    れたレーザ光を被加工物に照射して被加工物を加工する
    ことを特徴とする、レーザ光による被加工物の加工方
    法。
  3. 【請求項3】 被加工物側の情報を検出し、目標値にフ
    ィードバックさせる工程をさらに有することを特徴とす
    る、請求項2記載のレーザ光による被加工物の加工方
    法。
  4. 【請求項4】 レーザ光のビーム強度分布を検出する手
    段と、該検出手段による検出値と目標とするビーム強度
    分布値との差信号を演算する手段と、前記レーザ光が通
    過すると共に前記差信号演算手段からの差信号に相当す
    る電圧が設定駆動電圧として印加される液晶と、該液晶
    を通過したレーザ光を偏光角の異なった成分に分離する
    ための偏光素子、とからなることを特徴とするレーザ光
    のビーム強度分布の制御装置。
  5. 【請求項5】 請求項4記載の制御装置により制御され
    たレーザ光を被加工物に照射する手段を有することを特
    徴とする、レーザ加工装置。
  6. 【請求項6】 被加工物側の情報を検知する検知手段、
    該検知手段からの情報を目標値にフィードバックさせる
    手段をさらに有することを特徴とする、請求項5記載の
    レーザ加工装置。
JP4186898A 1992-07-14 1992-07-14 レーザ光のビーム強度分布の制御方法及び装置並びにそ れを用いた加工方法及び装置 Pending JPH0631470A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006212698A (ja) * 2005-02-07 2006-08-17 Ricoh Co Ltd 加工方法、加工装置、回折光学素子の加工方法、回折光学素子、フォトニック結晶の加工方法、フォトニック結晶、及びインクジェットプリンタのヘッド
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CN111098043A (zh) * 2020-01-19 2020-05-05 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 水导激光加工装置和加工系统

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