JPH06507740A - 変形可能なミラーおよびタイミングレーザ装置 - Google Patents

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】 変形可能なミラーおよびタイミングレーザ装置技術分野 本発明は、とくにレーザ装置において使用され得る、変形可能なミラーに関する 。

背景技術 １ノーザはそのエネルギが断面にわたって均一でないビームを放出する。一般に エネルギ分布は回転対称でありかつ種々のエネルギレベルを有する一連のリング の形である。この分布の特別な場合がガウス分布法則であるかも知れない。かか る状況の欠点はレーザが部分エネルギの表面処理を行うのに使用されると、表面 の加熱が、得られる処理と同様に、不規則であるため、とくに現れる。

従来技術はミラーがとくに細長い矩形（直線焦点合わせ）および均一の光強度に 応じてビームを焦点合わせするために、処理されるべき表面上に焦点合わせされ るスポットの形状を変更しかつそこにエネルギを異なって分布させるために変形 される種々の装置例を開示する。

２つの基本グループがある。とくにフランス特許第２５８４８２４号およびアメ リカ合衆国特許第４．２３９，３４３号により図示される、第１のグループにお いて、ミラーはその底部がその各々が薄い膜の特定の点に達する調整可能な支持 部分を備えるケースにわたって伸張される変形可能な薄膜からなる。これらの各 々の調整は、焦点合わせされたスポットの幅を制御するためのビームの収束を引 き起こすために、長手方向と呼ばれる方向に配置されたミラーのすべての部分に 関して一定の曲率を、そして横方向において、垂直部分上に不規則な曲率を供給 するために支持し、その結果ミラーの凹面は、ビームの中心における光強度を分 散させるように、ミラーが凸状にすることができる場合に、周部で最大でかつ中 心で最小である。この配置は、エネルギが均一に分布される場合に、矩形の光ス ポットを供給する。明らかなように、要求の結果としてビームの他の焦点合わせ 形状を得ることが可能である。

かかる変形可能なミラ一手段は、多数の支持部材がありかつ各々の調整が幅調整 曲率および強度調整曲率の双方に関して反動を有し、例えば、カップリングまた はリンクが２つの間に存在するため、調整に長い時間を要する。

他の従来技術のグループはアメリカ合衆国特許第４．６８５，７８０号および同 第４，６９２，５８３号および日本国特許６２−３３６０８２号により示されか つそれはらは！対のミラーを使用し、第１のミラーはビームの中心のエネルギを 分散させるために拡散面を有しかつ第２のミラーが焦点合わせされたスポットの 幅を調整するために均一な凹面ミラーである。これらのミラーは非変形プリズム である。したがって、プリズムが交換されないならば、焦点合わせされたスポッ トの特性を変更することはできない。上記特許の第１のものはエネルギの分布お よび焦点合わせされたスポットの寸法が他方の上流で面が切られたミラーを交換 することにより変化されることが可能で、それは、適切な数の調整または設定可 能性が設けられるべきである場合に、ミラーの収集を有することを必要とする。

２つの別個のミラーの使用は考えられた結果に至る光反射を得るために幾何学的 位置、方向および間隔条件を厳密に考慮する必要がある。最後に、これらの装置 はミラ一対が、レーザロボットの端部に配置されるとき不都合となる、光学系の 全体寸法および重量を増加する欠点をこうむる。

加えて、幾つかのミラーを組み合わせる結果としてミラーの吸収により発生され るビームの補完的な減衰（約２％／ミラー）がある。

表面処理の間中使用されるレーザパワーレベルは高＜（５ｋＷに等しいかまたは それ以上）、それは光学系に使用されるすべての構成要素に冷却装置を有するこ とを要する。

発明の開示 本発明の必須の目的は単一のミラーの変形の設定を簡単化することでありそして 種々の湾曲がとくに焦点合わせされたスポットの幅およびスポットの長さ上のエ ネルギの分布を調整するために２つの垂直方向に引き起こされる。

本発明の新規なかつ特徴のある組み合わせは光を反射する複数の面を有しかつそ れらの大きなまたは長い側辺により、すなわち入射光がそれにより失われるどの ような顕著なギャップもなしに並置さ枢軸または軸承部に固定されかつ薄板、な らびに軸承部を回転するための方向付は機構の長さ方向に方向付けられる。それ らの幅方向に方向付けられる軸線のまわりに薄板を屈曲するための手段がその場 合に弾力性がある薄板の曲率の任意の変更を引き起こすことが望まれるならば取 着される。そうでないならば、筒状反射面を有する堅固な薄板を使用することが できる。

この配置は薄板の湾曲と湾曲面に対して垂直な回転に応じてその方向付けとの間 の完全な破壊を許容する。薄板の湾曲は複雑な形状の変形面を得たいとき正確に 調整するのが困難であり、その結果好ましくは薄板の調整可能なまたは調整不能 な湾曲は幅焦点合わせと連係されかつ薄板の方向付けはその場合に焦点合わせさ れたスポットに沿うエネルギの分布を可能にする。方向付けは大きな精度で調整 可能でかつ薄板はいかなる不都合をも生じることなく多数において設けられ得る ので、所望ならば非常に異なるかつ複雑な分布が得られることができるか、また は関心があるならば非常に考慮すべき確度が均一の分布に付与される。

本発明の実施例において、各枢軸または軸承部は薄板の１つの反射面の後ろの短 いバーにより延長されかつ薄板を屈曲するための手段は薄板に係合されたネジ装 置およびそれらの間隔を変更するための複数の短いバーからなる。

その場合に各薄板の湾曲を別個に制御することができ。とくに簡単な装置は、そ の長手方向端部により短いバーに支持する、前記薄板の中心上で単一のネジ装置 を使用することからなる。

他の実施例において、すべての薄板は均一の湾曲と同時に制御される。各軸承部 はその場合に薄板の１つの長手方向端部にそれぞれ固定された２つの別個の部分 により構成され、ケースは湾曲機構の作用により薄板の幅方向に方向付けられた 軸線のまわりに互いに回転する２つの部分を収容し、各軸承部の部分の一方はケ ースの部分の一方内で回転し、それに反して各軸承部の他方の部分はケースの部 分の他方内で回転する。

また、各方向付は機構は、ミラーの長手方向に向けられた、中心線に対して対称 に配置されるそれぞれの対の薄板上に反対回転を付与するように配置されるのが 好都合であり、それはビームが対称のエネルギ分布を有しかつ通常焦点合わせさ れたスポット上に光エネルギの対称分布を得ることが望まれるとき、ミラーが中 心線のまわりに対称的に変形されねばならないためである。

薄板がまた深さ変位と並置され、その結果それらがそれらの幅の部分にわたって 重なる場合に、薄板の縁部上で屈折の減少がある。

本発明はまた、レーザビームおよびミラーが処理されるべき表面の矩形部分上に ビームを焦点合わせするように配置されており、前記部分の幅が薄板の湾曲およ び前記部分の長さに依存し、ならびに薄板の方向に依存する、前記部分に沿うビ ームのエネルギの分布が薄板の方向付けに依存する変形可能なミラー、レーザ装 置に関する。

図面の簡単な説明 本発明を非限定的な実施例および添付図面に関連して以下により詳細に説明する 。

第１図は本発明の実施例の側面断面図である。

第２図は同一実施例の下面図である。

第３図は同一実施例の正面図である。

第４図は本発明の他の実施例の斜視図である。

第５図は異なる態様を有する薄板を備えた実施例の側面断面図である。

第６図は同一実施例の正面図である。

第７図は本発明の使用概略図である。

発明を実施するための最良の形態 第１図ないし第３図の実施例はスペーサ４により接続された２つの平行フランジ ２，３により構成される単一ケースｌを有する。各フランジ２，３は１列の枢軸 または軸承部５．６を支持しかつ各軸承部５はこれを接続する短いバー７により 同一軸線上で延長方法において配置された軸承部６と連係する。短いバー７は矩 形の、平らな薄板９の反射面８がその中心を軸承部５，６の回転軸線上に有する ような方法において湾曲される。第２図は薄板９がほぼ連続するミラー面を形成 するためにそれらの大きい側辺によりほぼ隣接する、比較的細長い矩形であるこ とを示す。

薄板９の長手方向端は軸承部５．６にそれぞれ密接しかつ短いバー７に結合され るローラｌＯおよび１１上に載置し、そしてネジ付きロッド１２が、反射面８と 反対のその後面で、各薄板９の中心に固定される。ネジ付きロッド１２は短いバ ー７の開口１３を横断しかつ他側に突出するように適切な長さを有する。これは ネジ付きロッド１２のまわりでナツト１４に係合するのに有利である。ナツト１ ４は短いバー７に接触しかっ螺合が継続されるならば湾曲が薄板９に付与され、 それはその反射面８を凹状にする。短いバー７は薄板９に比してかなりの剛性を 有する。最後に、可撓性の、例えばゴムジャケット１５が薄板９の後面に結合さ れかっローラ１０および１２から離れてないジャケラｈ１５の反対端に置かれた 供給導管１６および排出導管１７の結果として水を冷却することにより横断され る。

各軸承部５はフランジ２の外側に軸承部５が回転するときそれから一定間隔にお いて動くレバー１８を備えている。レバーはそれがフランジ２の長手方向のタッ プに係合される円錐へラドネジ１９により堅固に接続される軸承部５の回転を制 御するレバーＩ８である。

第２図は円錐へラドネジ１９の回転がヘッドの円錐面に接触するレバー１８を動 かすことを示す。第３図は各円錐へラドネジ１９が２つの同一のレバー１８と連 係しかつミラーの長手方向中心線２ｏに対して対称的に位置決めされた軸承部５ および薄板９を制御することを示す。かくして、各円錐へラドネジ１９と連係す る薄板９は長手方向中心線２０に対して対称的なミラーを固定する反対回転を受 ける。同一の円錐へラドネジ１９と連係する２本のレバー１８はともに動かされ かつネジに対してそれらのレバーを接合するばね２３により保持される。

薄板９は深さが付けられかつ各々の縁部２１の一方がその後部近傍の縁部２２を カバーするためほぼ隣接するのみである。したがって、縁部２２はこれらの位置 で必然的な屈折を減少する、ミラーに向かって放出された光ビームＦの光線によ り到達されずかつ焦点合わせ品質に有害である。

他の実施例は第４図に示される。この例においてケース３１は単一バー３３およ び支持バー３４を有するフレーム３２により構成される。バー３３および３４は 薄板９に対して横方向に位置決めされたそれぞれのスピンドル３５および３６の まわりに相対的に回転する。各スピンドル３５．３６は、その自由端がフレーム ３２のタップに係合される圧力ネジ３９の先端の到達範囲内にある、レバー３７ または３８により終端される。ネジ３９の位置調整はより大きいかまたはより少 ない範囲にレバー３７．３８を押し戻しかつスピンドル３５．３６およびバー３ ３．３４を傾ける。

各バー３３．３４は１列のスプリット軸承部または枢軸を支持する。各薄板９は 各々バー３３．３４の一方に属する、１対のスプリット軸承部４０．４１のスロ ットに係合され、その結果バーの回転は薄板９の均一な湾曲または屈曲を引き起 こす。

薄板９の方向付けは前述された装置と同一のかつレバー１８および支持バー３４ に係合された円錐へラドネジ１９により構成される装置により引き起こされ、レ バーＩ８はスプリット軸承部４１を回転させる。それゆえ軸承部５．　６．　４ ０および４１はフランジ２゜３内では自由に回転しそしてバー３３．３４は軸方 向受は台として使用する弾性リングのごとき従来の方法により摺動することが阻 止される。同一の装置はスピンドル３５．３６に関して採用され得る。

第２実施例において、薄板９はピンまたは同様な部材によって軸承部４０．４１ に固定することにより軸承部４０．４１のスロットから摺動することが阻止され る。最後に、軸承部４１のまわりに係合されるトーションばね４２が円錐へラド ネジ１９に対してレバー１８を維持する。

第５図の薄板４９は、そのフランジ２．３およびそのスペーサ４の２つを見るこ とができる、第１図ないし第３図の装置についての薄板９に代えて使用され得る 。それは固く、堅固でありかつその反射面４８は凹状かつ筒状である。冷却装置 は供給１６および排出導管１７間で薄板４９に形成されたチャンネル５０を形成 する開口の連続により構成される。第６図は薄板４９がそれにより薄板４９が接 触せずかつ容昌に回転され得る、横方向の、傾斜面５１の結果として後方に向か ってより薄くなることを示す。第１図ないし第３図の実施例の他の要素は不変で ある。

第７図はミラー装置がそれに使用され得る装置を略示する。レーザからの光ビー ムＦはミラーに供給され、その薄板９を見ることができそしてそれは光ビームを 熱処理を受けねばならない部分の表面Ｓに向かってそれを焦点合わせした後反射 する。ミラーは薄板９の湾曲が焦点合わせスポットＴの幅１を制御する一方、薄 板９の方向付けがスポットＴの長さしに沿ってビームＦのエネルギの所望の方法 における分布を可能にするような方法において方向付けられる。

スポットＴに沿って均一な光強度を付与するか、またはその端部でより高い強度 を付与することができ、それは表面Ｓの照射部分全体にわたって同一の作用を生 起する。それはスポットＴの端部での伝導によるより大きい熱損失が加熱がこの 予防措置が取られない場合にこれらの位置においてより少ないことを意味するた めである。

フロントページの続き （７２）発明者　ストックマン、ベルナールフランス国　エフ−９１７００サン ・ジュネーヴイーヴ・ド・ボワ、アレー・デュ・ボワ１０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．光を反射する複数の面（８，４８）を有しかつ矩形でかつそれらの大きな側 辺により並置される１列の薄板（９，４９）により構成される変形可能なミラー において、これらの薄板（９，４９）が該薄板の長さ方向に方向付けられるケー ス（２，３，３２，３３，３４）内で回転する軸承部（５，６，４０，４１）に 固定されることを特徴とする変形可能なミラー。 ２．各方向付け機構（１８，１９）が前記ミラーの長手方向に向けられた中心線 （２０）に対して対称的に配置されたそれぞれの対の薄板と反対の回転を付与す るように配置されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の変形可能なミラ ー。 ３．各方向付け機構が１対のレバー（１８）からなり、その各々が前記対の薄板 の一方の軸承部に固定される１対のレバー（１８）および前記ケースに接続され たカム（１９）からなることを特徴とする請求の範囲第２項に記載の変形可能な ミラー。 ４．各方向付け機構のカムが前記ケース内に係合されかつそのヘッドが前記レバ ーに接触する円錐ヘッドネジにより構成され、ばね（２３）が前記レバーを前記 ヘツドに向かって動かすことを特徴とする請求の範囲第３項に記載の変形可能な ミラー。 ５．前記薄板が深さ移動により並置されかつそれらがそれらの幅（２１，２２） の部分にわたつて重なることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の変形可能な ミラー。 ６．前記薄板（４９）は筒状反射面（４８）を有することを特徴とする請求の範 囲第１項に記載の変形可能なミラー。 ７．前記薄板（９）が弾力性がありかつ前記薄板をそれらの幅方向に向けられる 軸線のまわりに屈曲するための手段（１２ないし１４，３７ないし３９）が設け られることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の変形可能なミラー。 ８．各軸承部が前記薄板の一方の前記反射面（８）の後ろの短いバー（７）によ り延長され、前記薄板屈曲手段が前記薄板に係合されるネジ装置および前記薄板 の間隔を変更するための短いバーからなることを特徴とする請求の範囲第７項に 記載の変形可能なミラー。 ９．各短いバーが前記薄板の中心に係合されかつその長手方向端部により短いバ ーに支持する１つのネジ装置のみからなることを特徴とする請求の範囲第３項に 記載の変形可能なミラー。 １０．各軸承部が前記薄板（９）の１つの長手方向端部にそれぞれ固定された２ つの別個の部分（４０，４１）により構成され、前記ケースが湾曲機構（３７な いし３９）の作用により前記薄板の幅方向に方向付けられたスピンドル（３５， ３６）のまわりに互いに回転する２つの部分（３３，３４）を収容し、各軸承部 の部分の一方が前記ケースの部分の一方内で回転し、各軸承部の他方の部分はケ ースの部分の他方内で回転することを特徴とする請求の範囲第７項に記載の変形 可能なミラー。 １１．前記薄板（９）が該薄板により流体横断冷却回路を画成する可撓性ジャケ ット（１５）により二重にされることを特徴とする請求項の範囲第１項に記載の 変形可能なミラー。 １２．レーザビームおよびミラーが処理されるべき表面（Ｓ）の矩形部分（Ｔ） 上にビーム（Ｆ）を焦点合わせするように配置されており、前記部分の幅（１） が薄板（９）の湾曲および前記部分の長さ（Ｌ）に依存し、ならびに前記部分に 沿うビームのエネルギの分布が前記薄板の方向付けに依存することを特徴とする 、レーザビームおよび請求の範囲第１項に記載の変形可能なミラーを有するレー ザ装置。