JPS6368288A - 線状ビ−ム取出装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、レーザビームを利用して焼入１合金化等を行
うレーザビーム加熱装置に好適な線状ビーム取出装置に
関する。

〔従来の技術〕

近年、レーザビームを用いて金属の焼入や合金化を図る
技術が開発されている。この技術に使用するレーザビー
ムは、広い範囲にわたってエネルギー密度が均一なもの
を必要とする。ところが、レーザビームは、一般番３醪
ス状エネルギー分布をなし、エネルギー密度は中心部が
高く１周辺部に向って漸次減少する。したがって、レー
ザビームは、そのままの状態で金属の焼入や合金化に使
用することができない。そこで、レーザビームをエネル
ギー分布が均一な線状のビームに加工して使用する装置
が考えられている。

このような線状のレーザビームを得る方法としては、例
えば特公昭６０−５４８３８号公報に記載されているよ
うに、陵線を有する山型の反射鏡に、断面円形のレーザ
ビームの光軸部を反射鏡の陵線に位置させるようにして
照射し、２方向←反射させた半円状の二つの分割ビーム
のそれぞれを、円筒の一部をなすような凹面鏡を用いて
反射し、各分割ビームの微測と負側とが相互に反対方向
となるように重ね合わせ、分割ビームの重畳の割合でエ
ネルギー分布を均一化している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、前記した線状ビームの作成方法においては、
分割ビームを２方向に反射させるようにしているため、
レーザビームの入射方向と直交する方向に大きなスペー
スを必要とし、光路長が大きくなって装置の大型化を招
き、実用性にかけていた。また、従来の方法は、単に反
射によって分割と再合成（重ね合わせ）をおこなってい
るだけであるため、レーザビームの発振モードやエネル
ギー分布の多様性に充分対応することができず、発振ビ
ームの強度分布が異なる場合には、エネルギー分布の均
一部有効長が短く、ビームの利用効率が低下する欠点が
あった。

本発明は、前記従来技術の欠点を解消するためになされ
たもので、エネルギー分布の均一部の有効長が長い線状
ビーム取出装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、光源が出射したビームを断面円形の平行ビー
ムにするコリメータ部と、このコリメータ部が出射した
平行ビームの一部を、光軸中心から反射して分割ビーム
にする分割ミラーと、この分割ミラーが反射した分割ビ
ームを反射し、残されたビームに平行して出射するとと
もに、両ビームの負側を相対向させる反射ミラーとを有
するビーム分割部と、このビーム分割部が出射したビー
ムを集光し、線状ビームを形成する円柱レンズを備えた
集光部と、からなることを特徴とする線状ビーム取出装
置である。

〔作用〕

上記の如く構成した本発明においては、分割するビーム
の半分だけを残りのビーム側に反射させ、これを反射さ
せて残りのビームと一緒に集光用の円柱レンズに入射さ
せるため、反射させるビームの光路長が短く、装置をコ
ンパクトに形成できるばかりでなく、円柱レンズをもっ
て集光させることにより、幅広い均一なエネルギー分布
を有する線状ビームを得ることができる。

〔実施例〕

本発明に係る線状ビーム取出装置の好ましい実施例を、
添付図面にしたがって詳説する。

第１図（Ａ）は、本発明に係る線状ビーム取出装置の主
要部を示す概略構成図である。

第１図（Ａ）において、図示しない光源から出射された
レーザビーム１０は、コリメータ部２゜に入射される。

コリメータ部２０は、凹レンズ２２と凸部レンズ２４と
からなっており、入射してきたレーザビーム１０を凹レ
ンズ２２により拡大し、凸部レンズ２４により平行な拡
大レーザビ−ム１２として出射する。この拡大ビーム１
２は、第３図（Ｂ）に示すごとく断面が円形をなし、そ
の直径が必要とする線状ビームの長さにほぼ等しく、そ
のエネルギー分布は第３図（Ａ）に模式的に示したごと
く、ガウス分布をなしている。

拡大ビーム１２が入射するビーム分割部は、２組の分割
反転機構３１．３２からなっている。第１の分割反転機
構３１は、平面鏡からなる第１分割ミラー３３が拡大ビ
ーム１２の光軸中心まで挿入しである。この藻ヲ１ミラ
ー３３は、拡大ビーム１２の光路に対して４５度傾斜し
ており、第１半円分割ビーム１３を１分割された残りの
第２半円分割ビーム１４に直交して第２半円分割ビーム
１４側に反射する。第１半円分割ビーム１３は。

第１分割ミラー３３に平行して設けた第１半転ミラー３
４に反射され、第２半円分割ビーム１４と平行になり、
第２半円分割ビーム１４とともに第２分割半転機構３２
に入射される。

第１半円分割ビーム１３と第２半円分割ビーム１４とは
、第４図（Ｂ）に示すごとく負側か相対向しており、低
中央部において相互に接触するようになっており、エネ
ルギー分布は第４図（Ａ）に示すごとく中心部（弧中央
部側）のエネルギー密度が低く、外側（ヲ文側）のエネ
ルギー密度が大きくなっている。

第２分割反転機構３２は、第１分割反転機構３１と同様
に、第２図（Ａ）に示すごとく、第２分割ミラー３５と
第２反転ミラー３６との１対の平面鏡からなっている。

第２分割ミラー３５と第２反転ミラー３６とは、それぞ
れ平行しており、第１分割ミラー３３．第１反転ミラー
３４と面方向が直交するようになっている。そして、第
２分割ミラー３５は、第１．第２半円分割ビーム１３゜
１４の光軸中心、すなわち光路中心まで挿入され、各分
割ビームの半分を残されたビーム側に、このビームに直
交して反射する。第２分割ミラー３５により分割された
ビームは、第２反転ミラー３６により反射されて、残さ
れた分割ビームと平行になり、集光部４ｏに入射する。

この集光部４０に入射するビームの形状は、第５図（Ｂ
）に示すごとく円形の拡大ビーム１２を扇状に４等分し
た形状をなしており、各分割されたビームの負側か相互
に対向するようになっている。そして、これら各分割ビ
ームの光路に直交した方向に投射したエネルギー分布は
、第５図（Ａ）に示すごとく第４図（Ａ）と同様になっ
ている。

集光部４０は、集光部４ｏに入射してくる４分割ビーム
１５を線状に集光する凸状の円柱レンズ４２と、この円
柱レンズ４２が集光したビームを平行光線にし、矩形状
の線状ビーム１６にする凹状の第２の円柱レンズ４４と
からなっている。

円柱レンズ４２は、第１図（Ｂ）及び第２図（Ｂ）に示
すごとく、４分割ビーム１５の光路に直交して挿入され
るとともに、４分割ビーム１５の光路に直交した面内に
おいて所定角αだけ回転している。このように円柱レン
ズ４２に入射した４分割ビーム１５は、第１図及び第２
図の（Ｂ）に示すごとく、円柱レンズ４２の軸線４５に
向けて集光する。そして、凸状の円柱レンズ４２により
集光させられたビームは、円柱レンズ４２の焦点の手前
に配置された凹状の円柱レンズ４４に入射する。この凹
状の円柱レンズ４４は、軸ＩＪＡ′が凸状の円柱レンズ
４２と平行となっており、入射したビームを平行光線に
変え、矩形状の線状ビーム１６を出射する。

すなわち、矩形状の線状ビーム１６は、円柱レンズ４２
の軸線方向から見た場合幅が狭く、円柱レンズ４２の軸
線に直交した横方向から見た場合幅の広いビームとなっ
ている。この線状ビーム１６の長手方向におけるエネル
ギー分布が、第６図に示すごとく四つの分割されたビー
ムをａ　＝　ｄとしたときに、これら四つの分割ビーム
ａ　＝　ｄのエネルギー分布の和となって表わされ、は
ぼ均一な合成強度分布５０を得ることができる。なお、
前記した４分割ビーム１５と凸状の円柱レンズ４２との
間の相対回転角αは、第３図（Ｂ）に示した拡大ビーム
１２のエネルギー分布の形状によって定められ、合成強
度分布５０が最も均一となるような値に選定される。

このように１本実施例においては、断面円形の拡大ビー
ムを４分割し、各分割ビームの低側か相対向するように
反転させ、これら各分割ビームを円柱レンズ４２により
集光することにより、極めて均一なエネルギー分布を有
する線状ビーム１６を得ることができる。特に５本実施
例においては、拡大ビーム１２のエネルギー分布曲線の
形状により、分割ビーム１５と円柱レンズ４２とを相対
的に回転させることにより、最適な合成強度分布５０を
有する線状ビームが得られる。

また、本実施例においては、ビームを分割する際に、ビ
ームの半分だけを反射し１反転させているため、反射２
反転させるビームの光路長が短くてすみ、装置の小型化
を図ることができる。更に、本実施例においては、凸状
の円柱レンズ４２により集光したビームを、凹状の円柱
レンズ４４により平行光線とするため、任意の幅の線状
ビーム１６を得ることができる。

第７図は１本発明に係る線状ビーム取出装置の他の実施
例を示す構成図である。本実施例においては、ビーム分
割部３ｏが第１分割ミラー３３と第１反転ミラー３４と
に和尚する１対の平面鏡からなるＩＭｉの分割反転機構
からなっており、拡大ビーム１２を第１半円分割ビーム
１３と第２半円分割ビーム１４とにし、これらの分割ビ
ーム１３゜１４を凸状の円柱レンズ４２だけからなる集
光部により集光させた例を示したものである。

本実施例による場合は、集光ぎわだビームのエネルギー
分布が第８図に示すごとくなっており、合成強度分布５
０が分割ビーム１３．１４のエネルギー分布曲線のピー
クを結ぶ範囲にしかならず、均一な強度分布を有する範
ｇＪＪ（長さ）が４分割した場合に比較して小さくなる
。

なお、前記実施例においては、円柱レンズ４２により集
光した場合について説明したが反射型円柱ミラーを用い
て集光してもよい。レーザばかりでなく、通常光にも適
用できる。

〔発明の効果〕

以上に説明したごとく、本発明によれば、断面円形のビ
ームを分割し、これら分割したビームの低側か相対向す
るようにして円柱レンズに入射し、集光することにより
、エネルギー分布強度の均一部分が長い線状ビームを得
ることができ、大きな面積の均一な熱処理、調質等が容
易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は本発明に係る線状ビーム取出装置の実施
例の主要部を示す説明図であり、第１図ＣＢ）は集光用
円柱レンズと集光用円柱レンズに入射する分割ビームと
の関係を示す説明図、第２図（Ａ）は第１図（Ａ）の■
方向矢視図であり。 第２図（Ｂ）は集光用円柱レンズとこの円柱レンズに入
射する分割ビームとの相対関係を示す説明図、第３図は
第１ｒｙｉのｍ−ｍａに沿う拡大ビームの断面とそのエ
ネルギー分布を示す図、第４図は第１図のＩＶ−ＩＶ線
に沿う分割ビームの断面図とそのエネルギー分布を示す
図、第５図は第２図の■−ｖｍに沿う分割ビームの断面
図とそのエネルギー分布を示す図、第６図は線状ビーム
のエネルギー分布の説明図、第７図は本発明に係る線状
ビーム取出装置の他の実施例を示す説明図、第８図は第
７図に示した実施例のエネルギー分布の説明図である。 １０・・・レーザビーム、１２・・・拡大ビーム、１３
・・・第１半円分割ビーム、１４・・・第２半円分割ビ
ーム、１５・・・４分割ビーム、１６・・・線状ビーム
、２０・・・コリメータ部、３０・・・ビーム分割部、
３３・・・第１分割ミラー、３４・・・第１反転ミラー
、３５・・・第２分割ミラー、３６・・・第２反転ミラ
ー、４０・・・集光部、４２．４４・・・円柱レンズ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光源が出射したビームを断面円形の平行ビームにす
   るコリメータ部と； このコリメータ部が出射した平行ビームの一部を、光線
   中心から反射して分割ビームにする分割ミラーと、この
   分割ミラーが反射した分割ビームを反射し、残されたビ
   ームに平行して出射するとともに、両ビームの弧側を相
   対向させる反転ミラーとを有するビーム分割部と； このビーム分割部が出射したビームを集光し、線状ビー
   ムを形成する円柱レンズを備えた集光部と； からなることを特徴とする線状ビーム取出装置。 ２、特許請求の範囲第１項に記載の装置において；ビー
   ム分割部は、断面円形の平行ビームの半円部を反射する
   第１分割ミラーと； この第１分割ミラーが反射した第１半円分割ビームを反
   射し、残された第２半円分割ビームに平行して出射する
   とともに、両ビームの弧中央部を相互に接触させる第１
   反転ミラーと；前記第１、第２の半円分割ビームのそれ
   ぞれを、光軸中心から分割して反射する第２分割ミラー
   と； この第２分割ミラーが反射した分割ビームを反射し、残
   されたビームと平行に出射するとともに、両ビームの弧
   側を相対向させる第２反転ミラーと； からなることを特徴とする線状ビーム取出装置。 ３、特許請求の範囲第１項または第２項に記載の装置に
   おいて； 集光部は、円柱ビームが集光したビームを平行ビームに
   する第２の円柱レンズを有する；ことを特徴とする線状
   ビーム取出装置。 ４、特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか１項
   に記載の装置において； 集光用の円柱レンズは、入射する分割ビームの光路に直
   交した面内において、所定角だけ回転させてある； ことを特徴とする線状ビーム取出装置。