JPH08300179A - レーザ集光方法及び装置 - Google Patents
レーザ集光方法及び装置Info
- Publication number
- JPH08300179A JPH08300179A JP7110585A JP11058595A JPH08300179A JP H08300179 A JPH08300179 A JP H08300179A JP 7110585 A JP7110585 A JP 7110585A JP 11058595 A JP11058595 A JP 11058595A JP H08300179 A JPH08300179 A JP H08300179A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- laser
- parabolic mirror
- beam diameter
- light
- laser light
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 放物面鏡によるレーザ集光光学系の集光特性
を入射されるレーザ光の平行性を確保することにより改
善する。 【構成】 レーザ集光光学系は、放物面鏡１とその直前
に設けた凸レンズ３の複数枚を組合せたビーム径拡大手
段２とから成る。ビーム径拡大手段２で拡径されたビー
ムの径及び拡大手段２の設置位置を調整して平行光を放
物面鏡１に入射し、焦点に収差のない対称断面のレーザ
光を集光する。
を入射されるレーザ光の平行性を確保することにより改
善する。 【構成】 レーザ集光光学系は、放物面鏡１とその直前
に設けた凸レンズ３の複数枚を組合せたビーム径拡大手
段２とから成る。ビーム径拡大手段２で拡径されたビー
ムの径及び拡大手段２の設置位置を調整して平行光を放
物面鏡１に入射し、焦点に収差のない対称断面のレーザ
光を集光する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、放物面鏡を用いたレ
ーザ加工用の集光方法及び装置に関する。
ーザ加工用の集光方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えばＣＯ2 レーザやＹＡＧレーザなど
高エネルギのレーザ光を用いたレーザ加工はレーザ切
断、レーザ溶接、表面処理など様々な加工処理に広く利
用されている。このレーザ加工では、伝送光学系により
レーザ光を加工ヘッドへ導き、この加工ヘッド内でレー
ザ光を高エネルギ密度に集光して被加工物を照射し、切
断加工などを行なう。
高エネルギのレーザ光を用いたレーザ加工はレーザ切
断、レーザ溶接、表面処理など様々な加工処理に広く利
用されている。このレーザ加工では、伝送光学系により
レーザ光を加工ヘッドへ導き、この加工ヘッド内でレー
ザ光を高エネルギ密度に集光して被加工物を照射し、切
断加工などを行なう。
【０００３】上記加工ヘッド内の集光光学系には、主と
して集光レンズや軸外し放物面鏡が用いられる。集光レ
ンズは、レーザ光を透過屈折し焦点に集光させる透過屈
折式の集光手段であり、一般に化合物半導体材料の一種
であるＺｎＳｅ（セレン化亜鉛）を用いた光学部品であ
る。
して集光レンズや軸外し放物面鏡が用いられる。集光レ
ンズは、レーザ光を透過屈折し焦点に集光させる透過屈
折式の集光手段であり、一般に化合物半導体材料の一種
であるＺｎＳｅ（セレン化亜鉛）を用いた光学部品であ
る。
【０００４】この集光レンズを集光光学系に用いた場
合、被加工物からの飛散物などがレンズ表面に付着した
り衝撃を与えるため、レンズの使用寿命が短い。又、レ
ンズは球面によってエネルギを集光するが、球面収差の
影響により光の回折限界値まで集光することができな
い。
合、被加工物からの飛散物などがレンズ表面に付着した
り衝撃を与えるため、レンズの使用寿命が短い。又、レ
ンズは球面によってエネルギを集光するが、球面収差の
影響により光の回折限界値まで集光することができな
い。
【０００５】一方、放物面鏡は集光レンズを用いた場合
のかかる不都合を解消し得る手段として広く用いられて
おり、銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）のような高い
熱伝導率の材料を表面に蒸着させた反射集光式の光学部
品である。放物面鏡は、軸対称回転非球面の一種である
放物面から成る反射面形状を有し、放物面に入射した平
行光が無収差で反射集光されることを利用した集光手段
である。
のかかる不都合を解消し得る手段として広く用いられて
おり、銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）のような高い
熱伝導率の材料を表面に蒸着させた反射集光式の光学部
品である。放物面鏡は、軸対称回転非球面の一種である
放物面から成る反射面形状を有し、放物面に入射した平
行光が無収差で反射集光されることを利用した集光手段
である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、放物面鏡は
入射レーザの光軸が放物面の回転軸に平行でかつ入射レ
ーザ光が発散や集束のない平行光であるという理想的な
条件下でのみ無収差でレーサ光を焦点に集光するという
本来の光学性能を発揮することができる。
入射レーザの光軸が放物面の回転軸に平行でかつ入射レ
ーザ光が発散や集束のない平行光であるという理想的な
条件下でのみ無収差でレーサ光を焦点に集光するという
本来の光学性能を発揮することができる。
【０００７】しかしながら、実際のレーザ光は何らかの
広がり角（例えば全発散角３ｍｒａｄ）を持っているた
め、放物面鏡で反射された光には収差が発生する。従っ
て、焦点に集光されるレーザ光は、集光断面が非対称と
なる。このことは、切断加工時に切断面が均一でなく、
切断方向の制約を受けるなどの種々の問題がある。
広がり角（例えば全発散角３ｍｒａｄ）を持っているた
め、放物面鏡で反射された光には収差が発生する。従っ
て、焦点に集光されるレーザ光は、集光断面が非対称と
なる。このことは、切断加工時に切断面が均一でなく、
切断方向の制約を受けるなどの種々の問題がある。
【０００８】この発明は、上述した従来の放物面鏡を用
いたレーザ集光光学系の問題点に留意して、放物面鏡に
よる集光特性をできるだけ原理上の特性に近づけるため
放物面鏡に入射されるレーザ光をその直前で平行光に近
い状態にして集光特性を対称な断面形状となるようにし
たレーザ集光方法及び装置を提供することを課題とす
る。
いたレーザ集光光学系の問題点に留意して、放物面鏡に
よる集光特性をできるだけ原理上の特性に近づけるため
放物面鏡に入射されるレーザ光をその直前で平行光に近
い状態にして集光特性を対称な断面形状となるようにし
たレーザ集光方法及び装置を提供することを課題とす
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記課題を
解決する手段として、入射されるレーザ光のビーム径を
拡大するビーム径拡大手段を放物面鏡の前に設け、この
ビーム径拡大手段の位置とビーム径拡大率を適宜調整し
てレーザ光を発散角が所定の値以下の平行光として放物
面鏡に入射し、焦点に集光することから成るレーザ集光
方法としたのである。
解決する手段として、入射されるレーザ光のビーム径を
拡大するビーム径拡大手段を放物面鏡の前に設け、この
ビーム径拡大手段の位置とビーム径拡大率を適宜調整し
てレーザ光を発散角が所定の値以下の平行光として放物
面鏡に入射し、焦点に集光することから成るレーザ集光
方法としたのである。
【００１０】又、上記方法を実施する装置として、入射
されるレーザ光のビーム径を拡大するビーム径拡大手段
とレーザ光を反射する放物面鏡とを備え、ビーム径拡大
手段はレンズ又はミラーを複数枚組合せ、その設置位置
及びビーム径拡大率を調整して発散角が所定の値以下の
平行光を放物面鏡に入射するように構成して成るレーザ
集光装置とすることもできる。
されるレーザ光のビーム径を拡大するビーム径拡大手段
とレーザ光を反射する放物面鏡とを備え、ビーム径拡大
手段はレンズ又はミラーを複数枚組合せ、その設置位置
及びビーム径拡大率を調整して発散角が所定の値以下の
平行光を放物面鏡に入射するように構成して成るレーザ
集光装置とすることもできる。
【００１１】
【作用】上記第一の発明のレーザ集光方法によると、レ
ーザ光は所定の広がり角を持つとしてもこれをビーム系
拡大手段によりビーム径を適宜に拡大して平行光とし、
この平行光部分が放物面鏡に入射される直前に位置する
ように調整して放物面鏡で反射させる。
ーザ光は所定の広がり角を持つとしてもこれをビーム系
拡大手段によりビーム径を適宜に拡大して平行光とし、
この平行光部分が放物面鏡に入射される直前に位置する
ように調整して放物面鏡で反射させる。
【００１２】放物面鏡に入射されるレーザ光が殆んど平
行に近ければその反射光は理論上の焦点一点に限りなく
集光する。従って、反射光は収差のない対称な集光特性
のレーザ光が得られ、高密度のエネルギで方向性の制約
を受けずに切断加工を実現できる。
行に近ければその反射光は理論上の焦点一点に限りなく
集光する。従って、反射光は収差のない対称な集光特性
のレーザ光が得られ、高密度のエネルギで方向性の制約
を受けずに切断加工を実現できる。
【００１３】第二の発明によるレーザ集光光学装置で
は、ビーム径拡大手段をレンズ又はミラーを複数枚組合
せたものとして平行光を形成するようにしている。この
ため、その組合せをビーム径との関係で種々に変化させ
れば平行光を簡易な構成で作り出すことができる。
は、ビーム径拡大手段をレンズ又はミラーを複数枚組合
せたものとして平行光を形成するようにしている。この
ため、その組合せをビーム径との関係で種々に変化させ
れば平行光を簡易な構成で作り出すことができる。
【００１４】
【実施例】以下この発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は第一実施例のレーザ集光光学系の概
略図である。１は焦点Ｐにレーザ光を集光するための放
物面鏡であり、この放物面鏡１の手前にはレーザ光ＬA
のビーム径を拡大するビーム径拡大手段（ビームエキス
パンダ）２が設けられている。
て説明する。図１は第一実施例のレーザ集光光学系の概
略図である。１は焦点Ｐにレーザ光を集光するための放
物面鏡であり、この放物面鏡１の手前にはレーザ光ＬA
のビーム径を拡大するビーム径拡大手段（ビームエキス
パンダ）２が設けられている。
【００１５】ビーム径拡大手段２は、この実施例では２
つのレンズ３、３を組合せたものから成り、入射レーザ
ビーム径を所定の拡大率で拡大する。４は光路を屈折さ
せるための反射鏡であり、光路を屈折させると共にビー
ム系を拡大するため凸の反射鏡が用いられている。
つのレンズ３、３を組合せたものから成り、入射レーザ
ビーム径を所定の拡大率で拡大する。４は光路を屈折さ
せるための反射鏡であり、光路を屈折させると共にビー
ム系を拡大するため凸の反射鏡が用いられている。
【００１６】なお、図示の集光光学系は、加工ヘッドの
一部であり、焦点Ｐの直前の光学部品のみを示している
が、加工ヘッドにはさらに伝送光学系からレーザ光を受
入れるウインド部分も含まれており、これらは図面簡略
化のため図示省略している。
一部であり、焦点Ｐの直前の光学部品のみを示している
が、加工ヘッドにはさらに伝送光学系からレーザ光を受
入れるウインド部分も含まれており、これらは図面簡略
化のため図示省略している。
【００１７】上記構成のレーザ集光光学系は、レーザ光
ＬA を平行光にして放物面鏡１に入射することにより焦
点に対称断面のビームを集光することができる。
ＬA を平行光にして放物面鏡１に入射することにより焦
点に対称断面のビームを集光することができる。
【００１８】放物面鏡１は、軸対称回転放物面の一部を
切り取って作られるものであり、回転軸に平行なレーザ
光は理論上その焦点Ｐに集中して集光される。従って、
ビーム径拡大手段２により放物面鏡１へ入射されるレー
ザ光をできるだけ平行光として入射させることによって
レーザ光ＬA を収差のない状態で焦点Ｐに集光できるの
である。
切り取って作られるものであり、回転軸に平行なレーザ
光は理論上その焦点Ｐに集中して集光される。従って、
ビーム径拡大手段２により放物面鏡１へ入射されるレー
ザ光をできるだけ平行光として入射させることによって
レーザ光ＬA を収差のない状態で焦点Ｐに集光できるの
である。
【００１９】上記ビーム径拡大手段２で得んとする平行
光は、入射レーザ光ＬA の全発散角が３ｍｒａｄである
のに対して所定径となるように拡大し、かつ拡大手段２
を設置する位置を適宜に調整することによって０．５ｍ
ｒａｄ以下の殆んど平行なレーザ光を放物面鏡１へ入射
する。
光は、入射レーザ光ＬA の全発散角が３ｍｒａｄである
のに対して所定径となるように拡大し、かつ拡大手段２
を設置する位置を適宜に調整することによって０．５ｍ
ｒａｄ以下の殆んど平行なレーザ光を放物面鏡１へ入射
する。
【００２０】このような平行なレーザ光を放物面鏡１で
反射すると、レーザ光は焦点Ｐに集光するが、その集光
特性は対称なものとなる。このことは、図３に示すよう
に、特にレーザ切断加工の際に対称な加工断面が得られ
る点で極めて優れた特性がえられる。対称な加工断面で
あるということは、切断の際に方向性の制約がなく、い
ずれの方向に対しても自由に切断ができるという利点が
生じる。
反射すると、レーザ光は焦点Ｐに集光するが、その集光
特性は対称なものとなる。このことは、図３に示すよう
に、特にレーザ切断加工の際に対称な加工断面が得られ
る点で極めて優れた特性がえられる。対称な加工断面で
あるということは、切断の際に方向性の制約がなく、い
ずれの方向に対しても自由に切断ができるという利点が
生じる。
【００２１】図２は第二実施例のレーザ集光光学系の概
略図である。この実施例ではビーム径拡大手段２′は凸
面鏡３′と凹面鏡３″の組合せから成り、レーザ光の光
路を所定方向に偏向させてその出力光のビームウエスト
位置が放物面鏡１の直前に位置するようにしている。
略図である。この実施例ではビーム径拡大手段２′は凸
面鏡３′と凹面鏡３″の組合せから成り、レーザ光の光
路を所定方向に偏向させてその出力光のビームウエスト
位置が放物面鏡１の直前に位置するようにしている。
【００２２】ビームウエストは、レーザ光を集光する際
に最も径の小さくなるくびれ部分であり、その前後では
平行光に近い状態となっている。従って、ビームウエス
ト位置が放物面鏡１の直前となるようにビーム径拡大手
段２′の位置を調整すれば、その放物面鏡１による反射
光は理想の焦点Ｐに集光する。
に最も径の小さくなるくびれ部分であり、その前後では
平行光に近い状態となっている。従って、ビームウエス
ト位置が放物面鏡１の直前となるようにビーム径拡大手
段２′の位置を調整すれば、その放物面鏡１による反射
光は理想の焦点Ｐに集光する。
【００２３】この焦点Ｐに集光されたレーザビームは第
一実施例と同様に集光特性が対称であり、方向性の制約
を受けずに切断加工ができる。
一実施例と同様に集光特性が対称であり、方向性の制約
を受けずに切断加工ができる。
【００２４】図４に第一実施例の集光光学系で得られた
焦点Ｐ付近に集束したレーザ光の集光断面の計算実例を
示す。但し、図示の例は光路中央で垂直に断面した際の
集光断面である。レーザ光の左右境界線が対称であるこ
とがしめされているのが分かるであろう。
焦点Ｐ付近に集束したレーザ光の集光断面の計算実例を
示す。但し、図示の例は光路中央で垂直に断面した際の
集光断面である。レーザ光の左右境界線が対称であるこ
とがしめされているのが分かるであろう。
【００２５】
【効果】以上詳細に説明したように、第一の発明のレー
ザ集光方法はビーム径拡大手段によりビーム径を拡大し
て発散角が所定値以下の平行光を作り出しその平行光が
反射鏡の直前に位置して入射するようにしたから、焦点
に集光されるレーザ光は放物面鏡の理想的な条件下の焦
点に集光されるようになり、集光特性が対称な、従って
加工方向に制約を受けない高密度のエネルギのレーザ光
が得られる。
ザ集光方法はビーム径拡大手段によりビーム径を拡大し
て発散角が所定値以下の平行光を作り出しその平行光が
反射鏡の直前に位置して入射するようにしたから、焦点
に集光されるレーザ光は放物面鏡の理想的な条件下の焦
点に集光されるようになり、集光特性が対称な、従って
加工方向に制約を受けない高密度のエネルギのレーザ光
が得られる。
【００２６】第二の発明の集光装置は、レンズ又はミラ
ーの複数枚の組合せによりビーム径拡大手段を構成して
平行光を得るようにしたから、第一の発明の集光方法を
簡易な手段で確実に実施できる。
ーの複数枚の組合せによりビーム径拡大手段を構成して
平行光を得るようにしたから、第一の発明の集光方法を
簡易な手段で確実に実施できる。
【図１】第一実施例のレーザ光集光光学系の概略図
【図２】第二実施例のレーザ光集光光学系の概略図
【図３】レーザ切断の説明図
【図４】焦点に集光されたレーザ光の断面図
【図５】従来例のレーザ光集光光学系によるレーザ光の
非対称断面の説明図
非対称断面の説明図
１ 放物面鏡 ２、２′ ビーム径拡大手段 ３ 凸レンズ ３′ 凸反射鏡 ３″ 凹反射鏡 ４ 屈折鏡 ＬA レーザ光
Claims (2)
- 【請求項１】 入射されるレーザ光のビーム径を拡大す
るビーム径拡大手段を放物面鏡の前に設け、このビーム
径拡大手段の位置とビーム径拡大率を適宜調整してレー
ザ光を発散角が所定の値以下の平行光として放物面鏡に
入射し、焦点に集光することから成るレーザ集光方法。 - 【請求項２】 入射されるレーザ光のビーム径を拡大す
るビーム径拡大手段とレーザ光を反射する放物面鏡とを
備え、ビーム径拡大手段はレンズ又はミラーを複数枚組
合せ、その設置位置及びビーム径拡大率を調整して発散
角が所定の値以下の平行光を放物面鏡に入射するように
構成して成るレーザ集光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7110585A JPH08300179A (ja) | 1995-05-09 | 1995-05-09 | レーザ集光方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7110585A JPH08300179A (ja) | 1995-05-09 | 1995-05-09 | レーザ集光方法及び装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08300179A true JPH08300179A (ja) | 1996-11-19 |
Family
ID=14539587
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7110585A Pending JPH08300179A (ja) | 1995-05-09 | 1995-05-09 | レーザ集光方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08300179A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100364403B1 (ko) * | 2000-02-24 | 2002-12-11 | 주식회사 이오테크닉스 | 물품 가공용 광헤드장치 |
| US7205502B2 (en) * | 2004-05-26 | 2007-04-17 | Yamazaki Mazak Corporation | Reflector-mirror drive shaft controller for laser beam machine |
| JP2008080348A (ja) * | 2006-09-26 | 2008-04-10 | Hitachi Via Mechanics Ltd | レーザ加工方法およびレーザ加工装置 |
-
1995
- 1995-05-09 JP JP7110585A patent/JPH08300179A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100364403B1 (ko) * | 2000-02-24 | 2002-12-11 | 주식회사 이오테크닉스 | 물품 가공용 광헤드장치 |
| US7205502B2 (en) * | 2004-05-26 | 2007-04-17 | Yamazaki Mazak Corporation | Reflector-mirror drive shaft controller for laser beam machine |
| JP2008080348A (ja) * | 2006-09-26 | 2008-04-10 | Hitachi Via Mechanics Ltd | レーザ加工方法およびレーザ加工装置 |
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