JPS62151289A - 光ビ−ム加工装置 - Google Patents

光ビ−ム加工装置

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JPS62151289A
JPS62151289A JP60296557A JP29655785A JPS62151289A JP S62151289 A JPS62151289 A JP S62151289A JP 60296557 A JP60296557 A JP 60296557A JP 29655785 A JP29655785 A JP 29655785A JP S62151289 A JPS62151289 A JP S62151289A
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optical system
cylinder
cylindrical body
inner face
lens
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JP60296557A
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Hideo Hisada
久田 秀夫
Isamu Miyamoto
勇 宮本
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Komatsu Ltd
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Komatsu Ltd
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/073Shaping the laser spot

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • 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。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は光ビーム加工装置に関するものである。
(従来の技術と問題点) 光ビーム、例えばレーザビーム光学系中に、内周面を林
状に鏡面仕上げした内部反射鏡を介設し、これによりレ
ーザビームを均等なエネルギ密度で集光させるようにし
た装置が特公昭57−47249号によって明らかにさ
れている。しかしながらこのような装置によると、」二
記内部反射鏡に鏡面を形成する際に高度の精度を要し、
レーザビームの軸心と内部反射鏡の鏡面軸心が正確に一
致しにくいことから実際には均一強度分布のレーザビー
ムが容易に得にくいという欠点があった。
一方、基盤目状に分割した複数のミラーにビームを反射
させ、各ビームを同一箇所に集光させることにより照射
ビームの均一化を図ろうとする、いわゆるセグメントミ
ラ一方式も公知であるが、これには次のような欠点があ
る。それはミラーの加工や取付に高い精度が要求される
ためにミラーの製作費が高く、またビーム形状が一定で
あるために、対象物毎に別のミラーが必要となるという
ことである。
この発明は上記した従来の欠点を解決するためになされ
たものであって、その目的は、反射鏡に鏡面を形成する
際に高度の精度を要せず、かつ容易に巨視的に均一強度
分布の光ビームを得ることのできる光ビーム加工装置を
提供することにある。
(問題点を解決するための手段) そこでこの発明の光ビーム加工装置においては、光ビー
ム光学系中に、この光学系を通る光ビームを多重反射さ
せて巨視的に均一強度分布の所定ビ−人形状に変化させ
る内面反射筒体を介設しである。
(作用) このように光ビーム光学系中に内面反射筒体を介設し、
光学系を通る光ビームを多重反射させる構造であると、
上記内面反射筒体の鏡面を形成するのに高度な精度を要
せず、光学系に一導入されるビームが不均一な場合であ
っても、巨視的に均一強度分布の光ビームが容易に得ら
れることとなる。
(実施例) 次にこの発明のレーザ加工装置の具体的な実施例につい
て、図面を参照しつつ詳細に説明する。
第1図に第1実施例を示す。図に示す光ビーム、例えば
レーザビーム光学系は、与えられた任意形状の不均一分
布ビームを単一または複数領域にわたる均一分布ビーム
に変換するものであって、図においζ1は集光レンズ、
2ば結像レンズ、3は両レンズ1.2の間に介設された
内面反射筒体である。なおこの内面反射筒体3は水冷式
とするのが好ましい。上記集光レンズlは上記内面反射
筒体3の入口にレーザビームを導入する働きをなすもの
であり、上記結像レンズ2は内面反射筒体3の出口から
射出されたレーザビームを所定の大きさに拡大または縮
小する働きをなすものである。
したがってこれらのレンズ1.2に代えてミラー(反射
鏡)を用いても本光学系は成立するし、また内面反射筒
体3の入口の寸法がレーザビームよりも大きい場合には
、集光レンズ1を省略することもある。上記内面反射筒
体3は第2図、第3図に示すように、ビーム領域が四方
形断面となるものが用いられており、左右一対の側板4
.5と、両側板4.5間に位置変更自在に配3)された
上板6および下板7とから構成されている。各板4.5
.6.7の内面は導入されたレーザビームを多重反射さ
せるべく鏡面仕上げされており、必要に応じて上板6と
下板7に角度(θ)が付けられ、人口の大きさくd+X
dz)より出口の大きさくd)×di)が小さくなるよ
うに、あるいはその逆に設定される。第4図、第5図は
側板が平行である場合の内面反射筒体3のビーム領域の
形状の一例を示しており、上板6と下板7を平行に配置
した場合は第4図に示すように入口と出口の形状・大き
さdlXd2が同一となり、上板6と下板7に角度θを
付けて配置した場合、すなわち内面反射筒体3をくさび
状とした場合は第5図に示すように、入口が例えば所定
の大きさdlX d2の正方形断面となり、出口が所定
の大きさの矩形断面となる。つまり不均一入射ビームが
集光レンズ1を介してこの内面反射筒体3の入口に導入
されると、該ビームは内面反射筒体3のビーム領域内で
多重反射し、巨視的に均一強度分布の所定ビーム形状に
変化せしめられて出口から出て行くこととなる。そして
結像レンズ2を介して試料面上に均一矩形ビーム像を描
くことになる。上述のように巨視的にというのは、この
種の光学系により得られるレーザビームは干渉縞を含ん
でいるために局所的には均一分布でばないからである。
そして上板6と下Fj、7の位置を変化させることによ
り、レーザビームの形状を連続的に変化させることが可
能となり、また内面反射筒体3の出口と結像レンズ2間
の距Fjla及び結像レンズ2と試料面間の距離すを変
化させることによりレーザビームのサイズを連続的に変
化させることが可能となる。
次に上記内面反射筒体3の上板6と下板7を平行に配置
し、導入されたレーザビームを矩形断面のビームに変化
させる場合について説明する。一般に内面反射筒体3の
出口における巨視的分布は、該内面反射筒体3内でのレ
ーザビームの反射回数が多いほど均一になる。上板6と
下板7が平行(θ=O)で正方形断面である場合はその
長さLを次式の範囲に取ることにより内部の反射によっ
て巨視的な分布を均一にすることができる。
L=(3〜5)・d、f/D・・・ (1)ただし、d
=内面反射筒体3の辺長、r=集光レンズの焦点距離、
D=入射ビームの直径である。
一方多くの干渉縞が形成される内面反射筒体3の断面が
正方形の場合、その際加工に寄与する主干渉縞数Nは、
次式で与えられる。
N = d2/λ・L・・・ (2) したがって正方形のビームを形成するとき、次式N=d
−D/  (3〜5)−λ(・ ・ ・ (3)によっ
て所定の干渉縞数が与えられ、巨視的均一な強度を有す
る正方形ビームを得る場合、干渉縞数は管長りに比例す
ることになる。
一方矩形ビームに変化させる場合、限られた長さしの範
囲内では、巨視的均一性と長短両辺にわたる十分な干渉
縞数の確保は必ずしも両立させることはできない。すな
わち短辺側となる側板4.5からよりも長辺側である上
下の板6.7での反射回数が少ないため、巨視的均一性
の確保される筒体長さしは長辺によって決まり、次式で
与えられる。
L= (3〜5) ・dl・f/D・ ・ ・ (4)
そして干渉縞数は長辺側では次式で与えられる。
N+= d+・0/(3〜5)・λ・f・・・ (5)
また一方、短辺側では Nz−drD / (3〜5)・λ・「・ (d2/ 
+:b)2・・・ (6)となる。ただしdl−長辺の
長さ、dl−短辺の長さ、N+=長辺にそって測った場
合の縞数、N2=短辺にそって測った場合の縞数である
。それ故、4114i比(dl/d2)の大きい矩形ビ
ームの場合では、長辺側の干渉縞数N1が適正でも短辺
側の干渉縞数N2は縦横比の2乗に逆比例して少なくな
る。そのため、縦横比を大きくして、かつ短辺側の縞数
を十分多(確保する必要がある場合には、alを大きく
取る必要があり、そうすると(4)式に従って、内面反
射筒体3の長さしを長<シなければならず、筒体3は巨
大なものとなる。
そこで第1図〜第3図に示したように、内面反射筒体3
の上下の坂6.7に角度Oを付け、出口断面は目的の大
きさく d’+ X dz)のビーム形状とし、入口断
面は干渉縞数を十分確保できる大きさくd+×d2)と
することにより、ビーム反射回数を大幅に増加させるこ
とができる。したがって目視的に均一強度分布を有する
ビーム形状(縦横比)を任意に変化させることができる
と共に、干渉縞数を独立に変化させることができること
になる。すなわち試料面上でのビームの縦横比が大きい
場合でも側板4.5及び上下の板6.7における反射回
数を同一にすることができることになる。またこの角度
付の内面反射筒体3を用いることにより、正方形ビーム
でも限られた筒体長さしで上記式(1)よりも反射回数
を増大させることが可能となる。
ところで上記角度付きの内面反射筒体3によると、上板
6と下板7とが平行な場合より反射回数が増大するが、
鏡面でのビーム吸収損失が大きくなることがあるので、
このような場合は上記築光レンズ1に代えてシリンダー
レンズ(またはシリンダー鏡)と凸レンズを使用しても
よいし、球面鏡の非点収差を利用するようにしてもよい
。これにより、反射回数の増減が可能となる。また第1
図では入口に鮫べて出口の小さい内面反射筒体3を示し
ているが、逆に末広がりとなるように上板6と下板7に
角度を付けることにより、必要に応じて、反射回数を減
少させたり、一方の辺に沿う干渉縞数を減少さぜること
か可能となる。
第6図に第2実施例を示す。この実施例における内面反
射筒体3ば第7図、第8図からも明らかなように、左右
一対の側板4.5間に上下四枚の板8.9.10.11
が位置変更自在に配設されて成る。すなわち上記実施例
のものは屯−のビーム領域を有していたが、これを複数
に構成したものである。したがって中間段の板9.10
は上下面共に鏡面仕上げされている。このような構成の
内面反射筒体3を用いることにより、レーザビームを複
数領域にわたって均一でかつ各りの領域間で強度の異な
るビームを得ることが可能となる。
したがって例えば歯車等の曲面を良好に硬化させること
が可能である。
また第9図に第3実施例を示すが、図のように内面反射
筒体3の出口において各ビーム領域を必ずしも互いに隣
接させる必要はなく、目的に応して上下5枚の板8.9
.10.11.12の距離を隔て、かつ互いに異なった
形状としてもよい。
上記第2実施例のものは、内面反射筒体3人口でのビー
ムの占める面積割合(各ビーム領域に配分されるドーム
パワーの割合)を調整するのに)ふし、この第3実施例
のものは複数の反射鏡13を用いる場合に適している。
ンτお上記各実施例においては内面反射筒体3の各板体
6〜11を上下方向(−次元方向)にのみ移動させるも
のを例に挙げたが左右方向(二次元方向)に移動させて
もよいことは明らかである。また内面反射筒体3はその
ビーム領域の断面が四方形のものに限られず、例えば丸
形のものであってもよいし、また若干の均一性を無視す
れば、多角形、楕円形及びこれらを合成した形とするこ
とも可能である。
(発明の効果) この発明の光ビーム加工装置によれば、光学系を通る光
ビームを多重反射させて所定ビーム形状に変化させる構
成であるので、上記多重反射させるのに用いる内面反射
筒体の鏡面を形成するのに高度の精度を要せず、かつ巨
視的に均一強度分布の光ビームを容易に得ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の第1実施例におけるレーザ加工装置
の光学系要部側面図、第2図は第1図のII −II矢
視図、第3図は第1図のI[+−111矢視図、第4図
、第5図はそれぞれ上記第1実施例における内面反射筒
体のビーム領域を模式的にあられず斜視図、第6図はこ
の発明の第2実施例にるけるレーザ加工装置の光学系要
部側面図、第7図は第6図の■−■矢視図、第8図は第
6図の゛、1−■矢視図、第9図はこの発明の第3実施
例にお4Jるレーザ加工装置の光学系要部側面図である
。 1・・・集光レンズ、2・・・結像レンズ、3・・・内
面反射筒体。 特許出願人       株式会社小松製作所第す図 手続補正書帽発) 昭和62年3月25日

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、光ビーム光学系中に、この光学系を通る光ビームを
    多重反射させて巨視的に均一強度分布の所定ビーム形状
    に変化させる内面反射筒体を介設したことを特徴とする
    光ビーム加工装置。
JP60296557A 1985-12-25 1985-12-25 光ビ−ム加工装置 Expired - Lifetime JPH0698508B2 (ja)

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JP60296557A JPH0698508B2 (ja) 1985-12-25 1985-12-25 光ビ−ム加工装置

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JP60296557A JPH0698508B2 (ja) 1985-12-25 1985-12-25 光ビ−ム加工装置

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JPS62151289A true JPS62151289A (ja) 1987-07-06
JPH0698508B2 JPH0698508B2 (ja) 1994-12-07

Family

ID=17835079

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JP60296557A Expired - Lifetime JPH0698508B2 (ja) 1985-12-25 1985-12-25 光ビ−ム加工装置

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JP (1) JPH0698508B2 (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02175090A (ja) * 1988-12-27 1990-07-06 Isamu Miyamoto レーザビーム成形装置
JPH08229693A (ja) * 1995-02-28 1996-09-10 Toshiba Corp レーザ光照射装置
US7285744B2 (en) * 2003-08-21 2007-10-23 Leister Process Technologies Method and apparatus for simultaneously heating materials
JP2019509177A (ja) * 2016-02-24 2019-04-04 イェーノプティク アウトマティジールングステヒニーク ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング 環形状の溶接シームのレーザー透過溶接のための装置

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JPH0698508B2 (ja) 1994-12-07

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