KR20220005983A - Beam shaping optical device and method for modifying roundness - Google Patents

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조이치 카와무라
켄타 타나카
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스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
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Abstract

Provided is a beam shaping optical device capable of bringing a beam cross-section close to a perfect circle. A correction optical element including a cylindrical mirror or a cylindrical lens is disposed on a path of a laser beam. A light-collecting optical element comprising a convex lens or a concave mirror is disposed on the path of the laser beam which has passed through the correction optical element. A support mechanism supports the correction optical element and supports the correction optical element so as to be movable in a direction in which an optical path length of the laser beam between the correction optical element and the condensing optical element changes. Accordingly, by changing the optical path length between the correction optical element and the condensing optical element, the amount of change in a diffusion angle can be adjusted.

Description

빔정형광학장치 및 진원도 조정방법{BEAM SHAPING OPTICAL DEVICE AND METHOD FOR MODIFYING ROUNDNESS}BEAM SHAPING OPTICAL DEVICE AND METHOD FOR MODIFYING ROUNDNESS

본 출원은 2020년 7월 7일에 출원된 일본 특허출원 제2020-117103호에 근거하여 우선권을 주장한다. 그 출원의 전체 내용은 이 명세서 중에 참고로 원용되어 있다.This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2020-117103 filed on July 7, 2020. The entire contents of the application are incorporated herein by reference.

본 발명은, 빔정형광학장치 및 진원도(眞圓度) 조정방법에 관한 것이다.The present invention relates to a beam shaping optical device and a method for adjusting roundness.

기판 등의 가공대상물에 펀칭가공을 행하는 종래의 레이저가공장치에 대하여 설명한다. 레이저발진기로부터 출력된 레이저빔이 요면경(凹面鏡)으로 유도되어, 빔익스펜더의 전사원(轉寫元)위치에서 소정의 사이즈로 집광된다. 빔익스펜더가, 전사원위치의 빔단면을, 애퍼처의 위치에 전사한다. 애퍼처에 의하여 빔단면의 외형이 대략 원형이 된 레이저빔이, 갈바노스캐너 및 fθ렌즈를 경유하여 가공대상물의 표면에 입사된다.A conventional laser processing apparatus for performing punching processing on an object to be processed such as a substrate will be described. The laser beam output from the laser oscillator is guided to a concave mirror, and condensed to a predetermined size at a transfer source position of the beam expander. The beam expander transfers the beam cross-section at the transfer source position to the aperture position. A laser beam whose outer shape of the beam cross-section has become substantially circular due to the aperture is incident on the surface of the object to be processed through the galvanoscanner and the fθ lens.

가공대상물에 원형의 구멍을 형성하기 위하여, 가공대상물의 표면에 있어서의 빔단면의 진원도를 높이는 것이 바람직하다. 진원도란, 원형형체의 기하학적으로 정확한 원으로부터의 오차의 크기를 말한다. 예를 들면, 원형형체를 2개의 동심(同心)의 기하학적 원 사이에 끼웠을 때, 동심 2원의 간격이 최소가 되는 경우의 2개의 원의 반경의 차로 나타낼 수 있다. 반경의 차가 작을수록, 원형형체는 진원에 가깝다. 하기의 특허문헌 1에, 레이저빔의 광공진기 내에, 직교하는 두 방향에 관하여 다른 곡률반경을 갖는 형상의 미러를 배치함으로써, 빔모드의 진원성의 향상을 도모한 레이저발진기가 개시되어 있다.In order to form a circular hole in the object to be processed, it is preferable to increase the roundness of the cross section of the beam on the surface of the object to be processed. Circularity refers to the size of an error from a geometrically correct circle of a circular body. For example, when a circular body is sandwiched between two concentric geometric circles, it can be expressed as a difference between the radii of the two circles when the distance between the two concentric circles becomes the minimum. The smaller the difference in radii, the closer the circular shape is to a perfect circle. Patent Document 1 below discloses a laser oscillator in which the roundness of the beam mode is improved by disposing mirrors having different radii of curvature in two orthogonal directions in the optical resonator of the laser beam.

특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2017-34055호Patent Document 1: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2017-34055

종래의 장치에서는, 애퍼처에 의하여 빔단면의 외형이 원형이 되지만, 가공대상물의 표면에 있어서의 빔단면의 형상이 원형으로부터 붕괴되는 경우가 있다. 애퍼처가 배치되어 있는 위치에 있어서의 빔프로파일이나 빔의 확산각이, 세로방향과 가로방향에서 다르기 때문이다.In the conventional apparatus, the shape of the cross-section of the beam becomes circular due to the aperture, but the shape of the cross-section of the beam on the surface of the object to be processed may collapse from the circular shape. This is because the beam profile and the beam spread angle at the position where the aperture is arranged are different in the longitudinal direction and the transverse direction.

본 발명의 목적은, 빔단면을 진원에 가깝게 하는 것이 가능한 빔정형광학장치 및 진원도 조정방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a beam shaping optical apparatus capable of making a beam cross-section close to a perfect circle and a method for adjusting the roundness.

본 발명의 일 관점에 의하면,According to one aspect of the present invention,

레이저빔의 경로에 배치되고, 실린드리컬미러 또는 실린드리컬렌즈를 포함하는 보정광학부품과,a correction optical component disposed in the path of the laser beam and comprising a cylindrical mirror or a cylindrical lens;

상기 보정광학부품을 경유하는 레이저빔의 경로에 배치되며, 볼록렌즈 또는 요면경으로 이루어지는 집광광학부품과,a condensing optical part disposed in the path of the laser beam passing through the correction optical part, and comprising a convex lens or a concave mirror;

상기 보정광학부품과 상기 집광광학부품의 사이의 레이저빔의 광로길이를 변화시키는 방향으로 상기 보정광학부품을 이동 가능하게 지지하는 지지기구를 갖는 빔정형광학장치가 제공된다.A beam shaping optical apparatus having a support mechanism for movably supporting the correction optical part in a direction for changing the optical path length of the laser beam between the correction optical part and the condensing optical part is provided.

본 발명의 다른 관점에 의하면,According to another aspect of the present invention,

실린드리컬미러 또는 실린드리컬렌즈를 포함하는 보정광학부품, 및 볼록렌즈 또는 요면경으로 이루어지는 집광광학부품을 경유하여 기준위치에 레이저빔을 집광시키고,Condensing the laser beam to a reference position via a correction optical component including a cylindrical mirror or a cylindrical lens, and a condensing optical component including a convex lens or a concave mirror;

상기 보정광학부품과 상기 집광광학부품의 사이의 레이저빔의 광로길이를 변화시켜, 상기 기준위치에 있어서의 레이저빔의 빔단면을 진원에 가깝게 하는 진원도 조정방법이 제공된다.There is provided a roundness adjustment method for changing the optical path length of the laser beam between the correction optical component and the condensing optical component to bring the cross section of the laser beam at the reference position close to a perfect circle.

보정광학부품을 배치하면, 레이저빔의 광축에 직교하는 두 방향의 빔의 확산각의 일방이 고정되고, 타방이 변화한다. 보정광학부품과 집광광학부품의 사이의 광로길이를 변화시킴으로써, 확산각의 변화량을 조정할 수 있다. 이로써, 빔단면을 진원에 가깝게 할 수 있다.When the correction optical component is arranged, one of the beam diffusion angles in two directions orthogonal to the optical axis of the laser beam is fixed and the other is changed. By changing the optical path length between the correction optical component and the condensing optical component, the amount of change in the diffusion angle can be adjusted. Thereby, the beam cross-section can be made close to a perfect circle.

도 1은, 본 실시예에 의한 빔정형광학장치를 탑재한 레이저가공장치의 개략도이다.
도 2는, 레이저발진기의 광축을 포함하는 단면도이다.
도 3은, 실시예에 의한 레이저발진기의 광축으로 수직인 단면도이다.
도 4는, 실시예에 의한 빔정형광학장치의 개략도이다.
도 5의 5A~5C는, 레이저빔의 반사에 의한 경로의 절곡을 고려하지 않고 레이저빔이 직진한다고 가정한 경우의 레이저빔의 발산 및 수렴의 모습을 나타내는 모식도이다.
도 6의 6A는, 다른 실시예에 의한 빔정형광학장치의 실린드리컬요면경, 입사되는 레이저빔의 광축, 및 반사된 레이저빔의 광축의 사시도이고, 도 6의 6B는, 실린드리컬요면경의 모선(母線)이 x축에 평행인 경우에, 보정광학부품을 이동시켰을 때의 빔단면의 형상의 변화를 나타내는 도이며, 도 6의 6C는, 빔단면을 신축시키는 방향이 y방향에 대하여 기울어졌을 때의 빔단면의 형상의 변화를 나타내는 도이다.
Fig. 1 is a schematic diagram of a laser processing apparatus on which a beam shaping optical apparatus according to the present embodiment is mounted.
2 is a cross-sectional view including an optical axis of the laser oscillator.
3 is a cross-sectional view perpendicular to the optical axis of the laser oscillator according to the embodiment.
Fig. 4 is a schematic diagram of a beam shaping optical apparatus according to an embodiment.
5A to 5C are schematic diagrams showing the divergence and convergence of the laser beam when it is assumed that the laser beam goes straight without considering the bending of the path due to the reflection of the laser beam.
6A is a perspective view of a cylindrical concave mirror, an optical axis of an incident laser beam, and an optical axis of a reflected laser beam of a beam shaping optical device according to another embodiment, and FIG. 6B is a cylindrical concave mirror It is a diagram showing the change in the shape of the beam cross-section when the correction optical component is moved when the bus line is parallel to the x-axis. It is a diagram showing the change in the shape of the cross-section of the beam when it is lost.

도 1~도 5의 5C를 참조하여, 일 실시예에 의한 빔정형광학장치에 대하여 설명한다.A beam shaping optical apparatus according to an embodiment will be described with reference to 5C of FIGS. 1 to 5 .

도 1은, 본 실시예에 의한 빔정형광학장치(50)를 탑재한 레이저가공장치의 개략도이다. 레이저가공장치는, 레이저발진기(12), 가공장치(80), 및 제어장치(70)를 포함한다.1 is a schematic diagram of a laser processing apparatus in which a beam shaping optical apparatus 50 according to the present embodiment is mounted. The laser processing apparatus includes a laser oscillator 12 , a processing apparatus 80 , and a control apparatus 70 .

레이저발진기(12)는 가대(架臺)(11) 위에 지지되어 있고, 가대(11)는 공통베이스(100)에 고정되어 있다. 가공장치(80)는, 빔정형광학장치(50), 빔주사기(81), fθ렌즈(82), 및 스테이지(85)를 포함한다. 스테이지(85) 위에 가공대상물(90)이 지지된다. 빔정형광학장치(50), 빔주사기(81), fθ렌즈(82), 및 스테이지(85)는, 공통베이스(100)에 지지되어 있다. 공통베이스(100)는, 예를 들면 바닥이다.The laser oscillator 12 is supported on a mount 11 , and the mount 11 is fixed to a common base 100 . The processing apparatus 80 includes a beam shaping optical apparatus 50 , a beam scanner 81 , an fθ lens 82 , and a stage 85 . The object 90 is supported on the stage 85 . The beam shaping optical device 50 , the beam scanner 81 , the f? lens 82 , and the stage 85 are supported on a common base 100 . The common base 100 is, for example, a floor.

레이저발진기(12)는, 펄스레이저빔을 출력한다. 레이저발진기(12)로서, 예를 들면 탄산가스레이저발진기가 이용된다. 레이저발진기(12)로부터 출력된 펄스레이저빔이, 빔정형광학장치(50)에 의하여 빔프로파일이 정형되고, 빔주사기(81) 및 fθ렌즈(82)를 경유하여 가공대상물(90)에 입사된다. 빔주사기(81)는, 레이저빔을 두 방향으로 주사한다. 스테이지(85)는, 가공대상물(90)을, 그 표면에 평행한 두 방향으로 이동시킨다. 제어장치(70)는, 빔정형광학장치(50)를 제어하여, 빔단면의 형상을 진원에 가깝게 한다.The laser oscillator 12 outputs a pulsed laser beam. As the laser oscillator 12, for example, a carbon dioxide laser oscillator is used. The pulsed laser beam output from the laser oscillator 12 has a beam profile shaped by the beam shaping optical device 50, and is incident on the object to be processed 90 via the beam scanner 81 and the fθ lens 82. . The beam scanner 81 scans a laser beam in two directions. The stage 85 moves the object 90 in two directions parallel to its surface. The control device 70 controls the beam shaping optical device 50 to make the shape of the beam cross-section close to a perfect circle.

빔주사기(81)가 레이저빔을 두 방향으로 주사하여 가공대상물(90)의 원하는 위치에 펄스레이저빔을 입사시킴으로써, 펀칭가공이 행해진다. 펄스레이저빔의 주사가능범위가 가공대상물(90)의 표면의 전역을 커버하고 있지 않은 경우에는, 스테이지(85)에 의하여 가공대상물(90)을 이동시킴으로써, 가공대상물(90)의 표면의 대략 전역을 가공할 수 있다.The beam scanner 81 scans the laser beam in two directions and makes the pulsed laser beam incident on a desired position of the object 90, whereby punching is performed. When the scannable range of the pulsed laser beam does not cover the entire surface of the object 90 , by moving the object 90 by the stage 85 , approximately the entire surface of the object 90 is moved. can be processed.

도 2는, 레이저발진기(12)의 광축을 포함하는 단면도이다. 레이저발진기(12)는, 레이저매질가스 및 광공진기(20) 등을 수용하는 챔버(15)를 포함한다. 챔버(15)에 레이저매질가스가 수용된다. 챔버(15)의 내부공간이, 상대적으로 상측에 위치하는 광학실(16)과, 상대적으로 하측에 위치하는 블로어실(17)로 구분되어 있다. 광학실(16)과 블로어실(17)은, 상하구획판(18)으로 구획되어 있다. 다만, 상하구획판(18)에는, 레이저매질가스를 광학실(16)과 블로어실(17)의 사이에서 유통시키는 개구가 마련되어 있다. 블로어실(17)의 측벽으로부터 광학실(16)의 저판(底板)(19)이, 광공진기(20)의 광축(20A)의 방향으로 뻗어 있고, 광학실(16)의 광축방향의 길이가, 블로어실(17)의 광축방향의 길이보다 길어져 있다.FIG. 2 is a cross-sectional view including the optical axis of the laser oscillator 12 . The laser oscillator 12 includes a chamber 15 for accommodating the laser medium gas and the optical resonator 20 . A laser medium gas is accommodated in the chamber 15 . The inner space of the chamber 15 is divided into an optical chamber 16 positioned on the upper side and a blower chamber 17 positioned on the lower side. The optical chamber 16 and the blower chamber 17 are partitioned by an upper and lower partition plate 18 . However, the upper and lower partition plate 18 is provided with an opening through which the laser medium gas flows between the optical chamber 16 and the blower chamber 17 . The bottom plate 19 of the optical chamber 16 extends from the side wall of the blower chamber 17 in the direction of the optical axis 20A of the optical resonator 20, and the length of the optical chamber 16 in the optical axis direction is , is longer than the length of the blower chamber 17 in the optical axis direction.

챔버(15)의 저판(19)이, 4개의 지지개소(45)에서 가대(11)(도 1)에 지지되어 있다. 4개의 지지개소(45)는, 평면시(平面視)에 있어서 직사각형의 4개의 정점(頂點)에 상당하는 위치에 배치되어 있다.The bottom plate 19 of the chamber 15 is supported by the mount 11 (FIG. 1) at the four support points 45. As shown in FIG. The four support points 45 are arrange|positioned in the position corresponding to the four vertices of a rectangle in planar view.

광학실(16) 내에, 한 쌍의 방전전극(21) 및 한 쌍의 공진기미러(25)가 배치되어 있다. 한 쌍의 방전전극(21)은, 각각 전극박스(22)에 고정되어 있다. 한 쌍의 전극박스(22)는 복수의 전극지지부재(23)를 통하여 저판(19)에 지지되어 있다. 한 쌍의 방전전극(21)은, 상하방향으로 간격을 두고 배치되며, 양자 사이에 방전영역(24)이 획정(劃定)된다. 방전전극(21)은 방전영역(24)에 방전을 발생시킴으로써, 레이저매질가스를 여기시킨다. 한 쌍의 공진기미러(25)는, 방전영역(24)을 통과하는 광축(20A)을 갖는 광공진기(20)를 구성한다. 이후에 도 3을 참조하여 설명하는 바와 같이, 방전영역(24)을 도 2의 지면(紙面)에 수직인 방향으로 레이저매질가스가 흐른다.In the optical chamber 16, a pair of discharge electrodes 21 and a pair of resonator mirrors 25 are arranged. A pair of discharge electrodes 21 is fixed to the electrode box 22, respectively. The pair of electrode boxes 22 are supported on the bottom plate 19 through a plurality of electrode support members 23 . The pair of discharge electrodes 21 are arranged at intervals in the vertical direction, and a discharge region 24 is defined therebetween. The discharge electrode 21 generates a discharge in the discharge region 24 to excite the laser medium gas. A pair of resonator mirrors 25 constitute an optical resonator 20 having an optical axis 20A passing through the discharge region 24 . As will be described later with reference to FIG. 3 , the laser medium gas flows through the discharge region 24 in a direction perpendicular to the paper surface of FIG. 2 .

한 쌍의 공진기미러(25)는, 광학실(16) 내에 배치된 공통의 공진기베이스(26)에 고정되어 있다. 공진기베이스(26)는, 광축(20A)의 방향으로 긴 판상의 부재이며, 복수의 광공진기 지지부재(27)를 통하여 저판(19)에 지지되어 있다.A pair of resonator mirrors 25 are fixed to a common resonator base 26 arranged in the optical chamber 16 . The resonator base 26 is a plate-shaped member elongated in the direction of the optical axis 20A, and is supported by the base plate 19 via a plurality of optical resonator support members 27 .

광공진기(20)의 광축(20A)을 일 방향(도 1에 있어서 좌방향)으로 연신시킨 연장선과 광학실(16)의 벽면의 교차개소에, 레이저빔을 투과시키는 광투과창(28)이 장착되어 있다. 광공진기(20) 내에서 여진된 레이저빔이 광투과창(28)을 투과하여 외부로 방사된다.A light transmission window 28 for transmitting a laser beam is provided at the intersection of the extension line extending the optical axis 20A of the optical resonator 20 in one direction (left direction in FIG. 1) and the wall surface of the optical chamber 16. is fitted The laser beam excited in the optical resonator 20 passes through the light transmission window 28 and is radiated to the outside.

블로어실(17)에 블로어(29)가 배치되어 있다. 블로어(29)는, 광학실(16)과 블로어실(17)의 사이에서 레이저매질가스를 순환시킨다.A blower 29 is arranged in the blower chamber 17 . The blower 29 circulates the laser medium gas between the optical chamber 16 and the blower chamber 17 .

도 3은, 실시예에 의한 레이저발진기(12)의 광축(20A)(도 2)에 수직인 단면도이다. 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이, 챔버(15)의 내부공간이 상하구획판(18)에 의하여, 상방의 광학실(16)과 하방의 블로어실(17)로 구분되어 있다. 광학실(16) 내에, 한 쌍의 방전전극(21) 및 공진기베이스(26)가 배치되어 있다. 한 쌍의 방전전극(21)은, 각각 전극박스(22)에 고정되어 있다. 전극박스(22)는, 복수의 전극지지부재(23)에 의하여 챔버(15)의 저판(19)(도 2)에 지지되어 있다. 한 쌍의 방전전극(21)의 사이에 방전영역(24)이 획정된다. 공진기베이스(26)는, 복수의 광공진기 지지부재(27)에 의하여 챔버(15)의 저판(19)(도 2)에 지지되어 있다. 전극지지부재(23) 및 광공진기 지지부재(27)는, 도 3에 나타낸 단면으로부터 어긋난 위치에 배치되어 있기 때문에, 도 3에 있어서 전극지지부재(23) 및 광공진기 지지부재(27)를 파선으로 나타내고 있다.Fig. 3 is a cross-sectional view perpendicular to the optical axis 20A (Fig. 2) of the laser oscillator 12 according to the embodiment. As described with reference to FIG. 2 , the inner space of the chamber 15 is divided into an upper optical chamber 16 and a lower blower chamber 17 by the upper and lower partition plates 18 . In the optical chamber 16, a pair of discharge electrodes 21 and a resonator base 26 are arranged. A pair of discharge electrodes 21 is fixed to the electrode box 22, respectively. The electrode box 22 is supported on the bottom plate 19 ( FIG. 2 ) of the chamber 15 by a plurality of electrode support members 23 . A discharge region 24 is defined between the pair of discharge electrodes 21 . The resonator base 26 is supported on the bottom plate 19 (FIG. 2) of the chamber 15 by a plurality of optical resonator support members 27. As shown in FIG. Since the electrode support member 23 and the optical resonator support member 27 are disposed at positions deviated from the cross section shown in FIG. 3, the electrode support member 23 and the optical resonator support member 27 are indicated by broken lines in FIG. is indicated as

광학실(16) 내에 구획판(40)이 배치되어 있다. 구획판(40)은, 상하구획판(18)에 마련된 개구(18A)부터 방전영역(24)까지의 제1 가스유로(41), 방전영역(24)부터 상하구획판(18)에 마련된 다른 개구(18B)까지의 제2 가스유로(42)를 획정한다. 레이저매질가스는, 방전영역(24)을, 광축(20A)(도 2)에 대하여 직교하는 방향으로 흐른다. 방전방향은, 레이저매질가스가 흐르는 방향, 및 광축(20A)의 양방에 대하여 직교한다. 블로어실(17), 제1 가스유로(41), 방전영역(24), 및 제2 가스유로(42)에 의하여, 레이저매질가스가 순환하는 순환로가 형성된다. 블로어(29)는, 이 순환로를 레이저매질가스가 순환하도록, 화살표로 나타낸 레이저매질가스의 흐름을 발생시킨다.A partition plate 40 is arranged in the optical chamber 16 . The partition plate 40 includes a first gas flow path 41 from the opening 18A provided in the upper and lower partition plate 18 to the discharge region 24 , and another provided in the upper and lower partition plate 18 from the discharge region 24 . A second gas flow path 42 up to the opening 18B is defined. The laser medium gas flows through the discharge region 24 in a direction perpendicular to the optical axis 20A (FIG. 2). The discharge direction is orthogonal to both the direction in which the laser medium gas flows and the optical axis 20A. A circulation path in which the laser medium gas circulates is formed by the blower chamber 17 , the first gas flow path 41 , the discharge region 24 , and the second gas flow path 42 . The blower 29 generates a flow of laser medium gas indicated by an arrow so that the laser medium gas circulates through this circuit.

블로어실(17) 내의 순환로에, 열교환기(43)가 수용되어 있다. 방전영역(24)에서 가열된 레이저매질가스가 열교환기(43)를 통과함으로써 냉각되고, 냉각된 레이저매질가스가 방전영역(24)에 재공급된다.The heat exchanger 43 is accommodated in the circulation path in the blower chamber 17 . The laser medium gas heated in the discharge region 24 is cooled by passing through the heat exchanger 43 , and the cooled laser medium gas is re-supplied to the discharge region 24 .

다음으로, 도 4를 참조하여, 본 실시예에 의한 빔정형광학장치(50)에 대하여 설명한다.Next, with reference to FIG. 4, the beam shaping optical apparatus 50 according to this embodiment will be described.

도 4는, 실시예에 의한 빔정형광학장치(50)의 개략도이다. 빔정형광학장치(50)는, 보정광학부품(51), 집광광학부품(55), 평면미러(56), 빔익스펜더(60), 애퍼처(61), 평면미러(62), 지지기구(65), 및 검출기(66)를 포함한다. 보정광학부품(51)은, 실린드리컬요면경(52) 및 평면미러(53)를 포함한다. 집광광학부품(55)은, 구면 또는 포물면의 반사면을 갖는 요면경이다.4 is a schematic diagram of a beam shaping optical device 50 according to an embodiment. The beam shaping optical device 50 includes a correction optical component 51 , a condensing optical component 55 , a plane mirror 56 , a beam expander 60 , an aperture 61 , a plane mirror 62 , and a support mechanism ( 65 ), and a detector 66 . The correction optical component 51 includes a cylindrical concave mirror 52 and a plane mirror 53 . The condensing optical component 55 is a concave mirror having a spherical or parabolic reflective surface.

레이저발진기(12)로부터 출력된 레이저빔이 실린드리컬요면경(52)에서 반사되고, 또한 평면미러(53)에서 반사되어 집광광학부품(55)에 입사된다. 집광광학부품(55)에서 반사된 레이저빔이, 평면미러(56)에서 반사되어 빔익스펜더(60)에 입사된다. 빔익스펜더(60)는, 평면미러(56)와 빔익스펜더(60)의 사이의 기준위치(63)의 빔단면을, 애퍼처(61)의 위치에, 빔직경을 확대 또는 축소하여 전사한다. 기준위치(63)를 전사원위치라고 하는 경우가 있다. 빔익스펜더(60)에 관하여, 기준위치(63)와 애퍼처(61)의 위치가 공역(共役)의 관계에 있다.The laser beam output from the laser oscillator 12 is reflected by the cylindrical concave mirror 52 and is reflected by the plane mirror 53 to be incident on the condensing optical component 55 . The laser beam reflected by the condensing optical component 55 is reflected by the plane mirror 56 and is incident on the beam expander 60 . The beam expander 60 transfers the beam cross-section at the reference position 63 between the plane mirror 56 and the beam expander 60 by enlarging or reducing the beam diameter at the position of the aperture 61 . The reference position 63 is sometimes referred to as a full-on position. With respect to the beam expander 60, the reference position 63 and the position of the aperture 61 are in a conjugate relationship.

애퍼처(61)는, 레이저빔의 주변부를 차광하여, 빔단면을 원형으로 정형한다. 애퍼처(61)를 통과한 레이저빔이 평면미러(62)에서 반사되어 빔주사기(81)에 입사된다. 빔주사기(81)에는, 예를 들면 갈바노스캐너가 이용된다. 빔주사기(81)는, 레이저빔을 두 방향으로 주사한다. fθ렌즈(82)는, 빔주사기(81)로 주사된 레이저빔을 가공대상물(90)의 표면에 집광한다. 예를 들면, fθ렌즈(82)는, 애퍼처(61)를 가공대상물(90)의 표면에 결상(結像)시킨다.The aperture 61 shields the peripheral portion of the laser beam to shape the beam cross-section into a circular shape. The laser beam passing through the aperture 61 is reflected by the plane mirror 62 and is incident on the beam scanner 81 . For the beam scanner 81, for example, a galvanoscanner is used. The beam scanner 81 scans a laser beam in two directions. The fθ lens 82 condenses the laser beam scanned by the beam scanner 81 on the surface of the object 90 to be processed. For example, the fθ lens 82 forms an image of the aperture 61 on the surface of the object 90 to be processed.

지지기구(65)는, 보정광학부품(51)과 집광광학부품(55)의 사이의 레이저빔의 광축을 따라 보정광학부품(51)을 이동 가능하게 지지한다. 보정광학부품(51)은, 도 4에 있어서 양 화살표로 나타내는 바와 같이 병진이동한다. 이동 후의 보정광학부품(51)을 파선으로 나타내고 있다. 보정광학부품(51)에 입사되는 레이저빔의 광축과, 보정광학부품(51)으로부터 집광광학부품(55)을 향하는 레이저빔의 광축은 평행이다. 지지기구(65)는, 실린드리컬요면경(52)과 평면미러(53)의 상대위치관계를 유지한 상태에서, 보정광학부품(51)을 이동시킨다. 이 때문에, 보정광학부품(51)을 이동시켜도, 레이저발진기(12)부터 집광광학부품(55)까지의 레이저빔의 광로길이는 불변이다.The support mechanism 65 movably supports the correction optical component 51 along the optical axis of the laser beam between the correction optical component 51 and the condensing optical component 55 . The correction optical component 51 translates as indicated by the double arrows in FIG. 4 . The correction optical component 51 after movement is indicated by a broken line. The optical axis of the laser beam incident on the correction optical component 51 and the optical axis of the laser beam directed from the correction optical component 51 toward the condensing optical component 55 are parallel. The support mechanism (65) moves the correction optical component (51) while maintaining the relative positional relationship between the cylindrical concave mirror (52) and the plane mirror (53). For this reason, even if the correction optical component 51 is moved, the optical path length of the laser beam from the laser oscillator 12 to the condensing optical component 55 remains unchanged.

검출기(66)는, 레이저빔의 경로 상의 기준위치(63)와, 레이저빔의 경로로부터 벗어난 위치의 사이에서, 양 화살표로 나타내는 바와 같이 이동 가능하다. 도 4에 있어서, 레이저빔의 경로 상의 기준위치(63)에 위치하는 검출기(66)를 파선으로 나타내고 있고, 레이저빔의 경로로부터 벗어난 위치의 검출기(66)를 실선으로 나타내고 있다. 검출기(66)는, 입사되는 레이저빔의 빔단면의 형상을 검출한다. 검출기(66)로서, 예를 들면 빔프로파일러를 이용할 수 있다.The detector 66 is movable between the reference position 63 on the path of the laser beam and the position deviated from the path of the laser beam, as indicated by the double arrows. In Fig. 4, the detector 66 located at the reference position 63 on the path of the laser beam is indicated by a broken line, and the detector 66 at a position deviated from the path of the laser beam is indicated by a solid line. The detector 66 detects the shape of the beam cross section of the incident laser beam. As the detector 66, for example, a beam profiler can be used.

검출기(66)에 의한 검출결과가 제어장치(70)에 입력된다. 제어장치(70)는, 검출기(66)의 검출결과에 근거하여 지지기구(65)를 제어하여, 보정광학부품(51)을 이동시킨다. 지지기구(65)의 제어의 상세에 대해서는 이후에 설명한다.The detection result by the detector 66 is input to the control device 70 . The control device (70) controls the support mechanism (65) based on the detection result of the detector (66) to move the correction optical component (51). Details of the control of the support mechanism 65 will be described later.

다음으로, 도 5의 5A~5C를 참조하여, 빔정형광학장치(50) 내의 레이저빔의 발산과 수렴, 및 빔단면의 형상에 대하여 설명한다.Next, the divergence and convergence of the laser beam in the beam shaping optical device 50 and the shape of the beam cross section will be described with reference to 5A to 5C of FIG. 5 .

도 5의 5A~5C는, 레이저빔의 반사에 의한 경로의 절곡을 고려하지 않고 레이저빔이 직진한다고 가정한 경우의 레이저빔의 발산 및 수렴의 모습을 나타내는 모식도이다. 실린드리컬요면경(52)(도 4)의 실린드리컬면의 모선과 평행한 방향을 x방향으로 하고, 모선에 수직인 면을 y방향으로 하며, 레이저빔의 진행방향을 z방향으로 하는 xyz직교좌표계를 정의한다. 예를 들면, x방향은, 한 쌍의 방전전극(21)(도 2)이 이격되는 방향(방전방향)에 대응하고, y방향은, 방전영역(24)(도 3) 내를 레이저매질가스가 흐르는 방향에 대응한다.5A to 5C are schematic diagrams showing the divergence and convergence of the laser beam when it is assumed that the laser beam goes straight without considering the bending of the path due to the reflection of the laser beam. xyz orthogonal with the direction parallel to the bus bar of the cylindrical surface of the cylindrical concave mirror 52 (FIG. 4) being the x direction, the plane perpendicular to the bus bar being the y direction, and the traveling direction of the laser beam being the z direction Define the coordinate system. For example, the x-direction corresponds to the direction (discharge direction) in which the pair of discharge electrodes 21 (FIG. 2) are spaced apart, and the y-direction corresponds to the laser medium gas in the discharge region 24 (FIG. 3). corresponds to the direction of flow.

도 5의 5A 및 5B는, yz면에 있어서의 레이저빔의 발산, 수렴을 나타내고 있다. 도 5의 5A와 5B는, 실린드리컬요면경(52)의 위치가 다르다. 도 5의 5B에 있어서, 도 5의 5A에 나타낸 상태와 동일한 상태를 파선으로 나타내고 있다. 도 5의 5C는, zx면에 있어서의 레이저빔의 발산, 수렴을 나타내고 있다. 도 5의 5A~5C에 있어서, 레이저발진기(12)로부터 출력된 레이저빔(31)의 광축(30)을 이점쇄선으로 나타내고 있다. 여기에서, "레이저빔의 광축"이란, 빔단면의 중심을 연결한 직선이며, 레이저발진기(12) 내의 광공진기(20)의 광축(20A)을 연장한 직선에 일치한다.5A and 5B in Fig. 5 show the divergence and convergence of the laser beam in the yz plane. 5A and 5B in Fig. 5 are different from each other in the position of the cylindrical concave mirror 52. As shown in Figs. In 5B of FIG. 5, the state similar to the state shown in FIG. 5A is shown by the broken line. 5C in Fig. 5 shows the divergence and convergence of the laser beam in the zx plane. In Figs. 5A to 5C, the optical axis 30 of the laser beam 31 output from the laser oscillator 12 is indicated by a double-dashed line. Here, the "optical axis of the laser beam" is a straight line connecting the centers of the beam cross-sections, and corresponds to a straight line extending the optical axis 20A of the optical resonator 20 in the laser oscillator 12 .

레이저발진기(12)로부터 출력된 레이저빔(31)이 실린드리컬요면경(52), 집광광학부품(55)을 경유하여 기준위치(63)까지 도광된다. 본 실시예에 있어서는, 레이저발진기(12)의 출구에 있어서, 레이저빔(31)의 빔단면(32)이 x방향으로 긴 타원이다. 또, yz면 내에 있어서의 레이저빔(31)의 확산각 θy(도 5의 5A, 5B)가, zx면 내에 있어서의 레이저빔(31)의 확산각 θx(도 5의 5C)보다 크다.The laser beam 31 output from the laser oscillator 12 is guided to the reference position 63 via the cylindrical concave mirror 52 and the condensing optical component 55 . In this embodiment, at the exit of the laser oscillator 12, the beam cross section 32 of the laser beam 31 is an ellipse long in the x direction. Further, the diffusion angle θy of the laser beam 31 in the yz plane (5A, 5B in Fig. 5) is larger than the diffusion angle θx (5C in Fig. 5) of the laser beam 31 in the zx plane.

실린드리컬요면경(52)은, 도 5의 5A, 5B에 나타낸 바와 같이 yz면 내에 있어서 레이저빔(31)을 수렴시킨다. zx면 내에 있어서는, 실린드리컬요면경(52)은 평면미러로서 기능하며, 레이저빔(31)의 수렴 및 발산에 영향을 주지 않는다.The cylindrical concave mirror 52 converges the laser beam 31 in the yz plane as shown in Figs. 5A and 5B. In the zx plane, the cylindrical concave mirror 52 functions as a plane mirror, and does not affect the convergence and divergence of the laser beam 31 .

도 5의 5A에 나타낸 파선은, 실린드리컬요면경(52) 대신에 평면미러를 배치한 경우의 레이저빔(31)의 발산, 수렴의 모습을 나타내고 있다. yz면 내에 있어서의 레이저빔(31)의 확산각 θy가 zx면 내에 있어서의 레이저빔(31)의 확산각 θx보다 크기 때문에, 기준위치(63)에 있어서의 빔단면(33)은, 도 5의 5A에 있어서 파선으로 나타내는 바와 같이, y방향으로 긴 타원이 된다.The broken line shown in 5A of FIG. 5 shows the state of divergence and convergence of the laser beam 31 when a flat mirror is disposed instead of the cylindrical concave mirror 52. As shown in FIG. Since the diffusion angle θy of the laser beam 31 in the yz plane is larger than the diffusion angle θx of the laser beam 31 in the zx plane, the beam cross section 33 at the reference position 63 is shown in FIG. As shown by the broken line in 5A, it becomes an ellipse long in the y direction.

실린드리컬요면경(52)을 배치하면, yz면 내에 있어서 레이저빔(31)이 수렴되고, zx면 내에 있어서는 레이저빔(31)의 발산, 수렴이 영향을 받지 않는다. 이 때문에, 기준위치(63)에 있어서의 빔단면(33)의 치수가 y방향으로 줄어든다. 도 5의 5A에 나타낸 상태에서는, 빔단면(33)의 y방향으로의 축소량이 과도하게 커져, 빔단면(33)은 실선으로 나타내는 바와 같이 x방향으로 긴 타원이 된다.When the cylindrical concave mirror 52 is arranged, the laser beam 31 converges in the yz plane, and the divergence and convergence of the laser beam 31 are not affected in the zx plane. For this reason, the dimension of the beam cross-section 33 in the reference position 63 is reduced in the y direction. In the state shown in FIG. 5A, the amount of reduction in the y-direction of the beam cross-section 33 becomes excessively large, and the beam cross-section 33 becomes an ellipse long in the x-direction as indicated by a solid line.

도 5의 5B에 나타내는 바와 같이 실린드리컬요면경(52)을 집광광학부품(55) 쪽으로 이동시키면, yz면 내에 있어서의 레이저빔(31)의 수렴력이 약해진다. zx면 내에 있어서는, 실린드리컬요면경(52)을 이동시켜도 레이저빔(31)의 발산, 수렴은 영향을 받지 않는다. 그 결과, 기준위치(63)에 있어서의 빔단면(33)이, 도 5의 5A에 실선으로 나타낸 빔단면(33)으로부터 y방향으로 뻗는다. 도 5의 5B 및 5C에 나타낸 바와 같이, 빔단면(33)이, 파선으로 나타낸 형상으로부터 실선으로 나타낸 형상으로 변화하여, 진원에 가까워진다.As shown in Fig. 5B, when the cylindrical concave mirror 52 is moved toward the condensing optical component 55, the convergence force of the laser beam 31 in the yz plane is weakened. In the zx plane, even if the cylindrical concave mirror 52 is moved, the divergence and convergence of the laser beam 31 are not affected. As a result, the beam cross-section 33 at the reference position 63 extends in the y-direction from the beam cross-section 33 shown by the solid line in 5A of FIG. 5 . As shown to 5B and 5C of FIG. 5, the beam cross section 33 changes from the shape shown by the broken line to the shape shown by the solid line, and approaches a perfect circle.

다음으로, 제어장치(70)(도 4)의 기능에 대하여 설명한다.Next, the function of the control device 70 (FIG. 4) will be described.

제어장치(70)는, 검출기(66)로부터 검출결과를 취득하여, 빔단면의 형상을 검출한다. 또한, 지지기구(65)를 제어하여, 빔단면의 형상이 진원에 가까워지는 방향으로 보정광학부품(51)을 이동시킨다. 현시점의 빔단면의 형상과 진원의 차가 허용범위 내인 경우, 제어장치(70)는, 보정광학부품(51)을 정지시킨다.The control device 70 acquires the detection result from the detector 66 and detects the shape of the beam cross-section. Further, by controlling the support mechanism 65, the correction optical component 51 is moved in a direction in which the shape of the beam cross-section approaches a perfect circle. When the difference between the shape of the current beam cross-section and the roundness is within the allowable range, the control device 70 stops the correction optical component 51 .

다음으로, 본 실시예의 우수한 효과에 대하여 설명한다.Next, the excellent effect of this embodiment is demonstrated.

본원의 발명자들에 의한 평가실험에 의하면, 빔익스펜더(60)의 전사원인 기준위치(63)(도 4)에 있어서의 빔단면이 진원으로부터 어긋나면, 애퍼처(61)로 빔단면을 진원으로 정형해도, 가공된 구멍의 형상이 진원으로부터 어긋나 버리는 것이 판명되었다. 이것은, 애퍼처(61)의 위치에 있어서 빔단면의 외형만을 진원으로 정형해도, 빔단면 내에 있어서의 빔프로파일이나, 레이저빔의 확산각이, 광축에 직교하는 세로방향과 가로방향에서 다르기 때문이다. 기준위치(63)에 있어서의 빔단면을 진원에 가깝게 하면, 가공된 구멍이 진원에 가까워지는 것을 알 수 있었다.According to the evaluation experiment by the inventors of the present application, if the beam cross-section at the reference position 63 (FIG. 4), which is the transfer source of the beam expander 60, deviates from the perfect circle, the beam cross-section is set to the true circle by the aperture 61. Even when shaping, it became clear that the shape of the processed hole shifted|deviated from a perfect circle. This is because, even if only the outer shape of the beam cross-section at the position of the aperture 61 is formed into a perfect circle, the beam profile in the beam cross-section and the diffusion angle of the laser beam are different in the vertical direction and the horizontal direction orthogonal to the optical axis. . When the cross section of the beam at the reference position 63 was made close to a perfect circle, it was found that the processed hole became close to a perfect circle.

본 실시예에서는, 보정광학부품(51)(도 4)의 위치를 조정하여 기준위치(63)에 있어서의 빔단면을 진원에 가깝게 할 수 있다. 기준위치(63)에 있어서의 빔단면이 진원에 가까워짐으로써, 가공대상물(90)의 표면에 있어서도 빔단면이 진원에 가까워지게 되어, 원형의 구멍을 형성하는 것이 가능하게 된다.In this embodiment, the beam cross section at the reference position 63 can be made close to a perfect circle by adjusting the position of the correction optical component 51 (FIG. 4). When the cross-section of the beam at the reference position 63 approaches a perfect circle, the cross-section of the beam on the surface of the object 90 also approaches a perfect circle, making it possible to form a circular hole.

또, 본 실시예에서는, 보정광학부품(51)(도 4)을 이동시켜도 레이저발진기(12)부터 집광광학부품(55)까지의 레이저빔의 광로길이가 변화하지 않는다. 이 때문에, 보정광학부품(51)의 이동이, yz면 내(도 5의 5A, 5B)에 있어서의 레이저빔의 발산, 수렴 이외의 레이저빔의 전반(傳搬)상태에 영향을 주는 경우는 없다. 이로써, 빔단면을 진원에 가깝게 하기 위하여 조정해야 할 파라미터의 수가 억제되어, 조정을 용이하게 행할 수 있다.Further, in this embodiment, even if the correction optical component 51 (FIG. 4) is moved, the optical path length of the laser beam from the laser oscillator 12 to the condensing optical component 55 does not change. For this reason, when the movement of the correction optical component 51 affects the propagation state of the laser beam other than the divergence and convergence of the laser beam in the yz plane (5A, 5B in Fig. 5), none. Thereby, the number of parameters to be adjusted in order to make the beam cross-section close to a perfect circle is suppressed, and adjustment can be performed easily.

다음으로, 상기 실시예의 변형예에 대하여 설명한다.Next, a modified example of the above embodiment will be described.

상기 실시예에서는 보정광학부품(51)에 실린드리컬요면경(52)(도 4)을 이용하고 있지만, 실린드리컬요면경(52) 대신에 실린드리컬철면경(凸面鏡)을 이용해도 된다. 즉, 보정광학부품(51)이 실린드리컬미러를 포함하도록 해도 된다. 또는, 실린드리컬요면경(52) 대신에 실린드리컬볼록렌즈 또는 실린드리컬오목렌즈를 이용해도 된다. 실린드리컬렌즈를 이용하는 경우에는, 평면미러(53)(도 4)는 불필요하다. 이와 같이, 보정광학부품(51)으로서, 실린드리컬상의 반사면 또는 굴절면을 갖는 광학부품을 이용하면 된다. 또, 상기 실시예에서는 집광광학부품(55)으로서 요면경을 이용하고 있지만, 요면경 대신에 볼록렌즈를 이용해도 된다.Although the cylindrical concave mirror 52 (FIG. 4) is used for the correction optical component 51 in the above embodiment, a cylindrical concave mirror 52 may be used instead of the cylindrical concave mirror 52. That is, the correction optical component 51 may include a cylindrical mirror. Alternatively, instead of the cylindrical concave mirror 52, a cylindrical convex lens or a cylindrical concave lens may be used. When a cylindrical lens is used, the plane mirror 53 (FIG. 4) is unnecessary. As described above, as the correction optical component 51, an optical component having a cylindrical reflective surface or a refracting surface may be used. Incidentally, although a concave mirror is used as the condensing optical component 55 in the above embodiment, a convex lens may be used instead of the concave mirror.

상기 실시예에서는, 빔정형광학장치(50)(도 1)를, 펀칭가공을 행하는 레이저가공장치에 탑재하고 있지만, 그 외의 레이저가공장치에 탑재해도 된다. 특히, 빔단면을 진원에 가깝게 하여 가공할 것이 요구되는 레이저가공장치에 탑재함으로써, 큰 효과가 얻어진다. 또, 레이저발진기(12)로서 탄산가스레이저를 이용하고 있지만, 그 외의 다양한 레이저발진기에 상기 실시예에 의한 빔정형광학장치(50)를 조합해도 된다.In the above embodiment, the beam shaping optical apparatus 50 (FIG. 1) is mounted on a laser processing apparatus for performing punching, but may be mounted on other laser processing apparatuses. In particular, a great effect is obtained by mounting the beam in a laser processing apparatus which is required to process the beam cross-section close to a perfect circle. Incidentally, although a carbon dioxide laser is used as the laser oscillator 12, the beam shaping optical device 50 according to the above embodiment may be combined with various other laser oscillators.

상기 실시예에서는, 레이저빔이 실린드리컬요면경(52)(도 4)에서 반사된 이후에 평면미러(53)에 입사되는 구성으로 하고 있지만, 양자의 위치를 바꿔 넣어도 된다. 즉, 레이저발진기(12)로부터 출력된 레이저빔이 평면미러(53)에서 반사되어, 그 반사광이 실린드리컬요면경(52)에 입사되는 구성으로 해도 된다.In the above embodiment, the laser beam is incident on the plane mirror 53 after being reflected by the cylindrical concave mirror 52 (FIG. 4), but the positions of both may be exchanged. That is, the laser beam output from the laser oscillator 12 may be reflected by the plane mirror 53 and the reflected light may be incident on the cylindrical concave mirror 52 .

상기 실시예에서는, 제어장치(70)가 지지기구(65)를 제어하여 보정광학부품(51)을 이동시키지만, 유저가 지지기구(65)를 수동으로 조정함으로써, 보정광학부품(51)을 이동시켜도 된다.In the above embodiment, the control device 70 controls the support mechanism 65 to move the correction optical component 51 , but the user manually adjusts the support mechanism 65 to move the correction optical component 51 . you can do it

상기 실시예에서는, 보정광학부품(51)을 레이저발진기(12)와 집광광학부품(55)의 사이의 레이저빔의 경로에 배치하고 있지만, 보정광학부품(51)과 집광광학부품(55)의 위치관계를 바꾸어도 된다. 즉, 집광광학부품(55)을, 레이저발진기(12)와 보정광학부품(51)의 사이의 레이저빔의 경로에 배치해도 된다. 이 경우에도, 보정광학부품(51)과 집광광학부품(55)의 사이의 레이저빔의 광로길이를 변화시킴으로써, 기준위치(63)에 있어서의 빔단면을 진원에 가깝게 할 수 있다.In the above embodiment, the correcting optical component 51 is disposed in the path of the laser beam between the laser oscillator 12 and the condensing optical component 55, but between the correcting optical component 51 and the condensing optical component 55 You may change the positional relationship. That is, the condensing optical component 55 may be disposed in the path of the laser beam between the laser oscillator 12 and the correction optical component 51 . Also in this case, by changing the optical path length of the laser beam between the correction optical component 51 and the condensing optical component 55, the beam cross section at the reference position 63 can be made close to the perfect circle.

다음으로, 도 6의 6A~6C를 참조하여 다른 실시예에 의한 빔정형광학장치에 대하여 설명한다. 이하, 도 1~도 5의 5C에 나타낸 실시예에 의한 빔정형광학장치와 공통된 구성에 대해서는 설명을 생략한다.Next, a beam shaping optical apparatus according to another embodiment will be described with reference to 6A to 6C of FIG. 6 . Hereinafter, a description of the configuration common to the beam shaping optical apparatus according to the embodiment shown in 5C of FIGS. 1 to 5 will be omitted.

도 6의 6A는, 본 실시예에 의한 빔정형광학장치의 실린드리컬요면경(52), 실린드리컬요면경(52)에 입사되는 레이저빔의 광축(30A), 및 반사된 레이저빔의 광축(30B)의 사시도이다. 본 실시예에 의한 빔정형광학장치(50)는, 자세조정기구(67)를 포함한다. 자세조정기구(67)는, 실린드리컬요면경(52)에 입사되는 레이저빔의 광축(30A)과, 실린드리컬요면경(52)에서 반사된 레이저빔의 광축(30B)이 이루는 각의 이등분선을 회전중심(35)으로 하여, 실린드리컬요면경(52)의 회전방향의 자세를 변화시킨다. 회전중심(35)은 실린드리컬요면경(52)의 반사면에 대하여 수직이다.6A of FIG. 6 is a cylindrical concave mirror 52 of the beam shaping optical device according to the present embodiment, an optical axis 30A of a laser beam incident on the cylindrical concave mirror 52, and an optical axis of a reflected laser beam ( 30B) is a perspective view. The beam shaping optical device 50 according to the present embodiment includes a posture adjustment mechanism 67 . The posture adjustment mechanism 67 bisects the angle formed by the optical axis 30A of the laser beam incident on the cylindrical concave mirror 52 and the optical axis 30B of the laser beam reflected from the cylindrical concave mirror 52 . As the rotational center (35), the posture of the cylindrical concave mirror (52) in the rotational direction is changed. The rotation center 35 is perpendicular to the reflective surface of the cylindrical concave mirror 52 .

다음으로, 도 6의 6B 및 6C를 참조하여, 본 실시예의 우수한 효과에 대하여 설명한다.Next, with reference to 6B and 6C of FIG. 6, the excellent effect of this embodiment is demonstrated.

도 6의 6B는, 실린드리컬요면경(52)의 모선이 x축에 평행인 경우에, 보정광학부품(51)을 이동시켰을 때의 빔단면(33)의 형상의 변화를 나타내는 도이다. 실린드리컬요면경(52)의 모선이 x축에 평행이기 때문에, 보정광학부품(51)을 이동시키면, 빔단면(33)이 y방향으로 연장축소된다. 진원도 조정 전의 파선으로 나타내는 빔단면의 장축이 y방향에 대하여 기울어져 있는 경우, 빔단면(33)을 y방향으로 연장축소시켜도 빔단면(33)은 진원이 되지 않는다.6B is a diagram showing a change in the shape of the beam cross-section 33 when the correction optical component 51 is moved when the bus bar of the cylindrical concave mirror 52 is parallel to the x-axis. Since the bus bar of the cylindrical concave mirror 52 is parallel to the x-axis, when the correction optical component 51 is moved, the beam cross-section 33 is extended and reduced in the y-direction. When the long axis of the cross section of the beam indicated by the broken line before roundness adjustment is inclined with respect to the y direction, the cross section of the beam 33 does not become a perfect circle even if the cross section of the beam 33 is extended and reduced in the y direction.

실린드리컬요면경(52)의 회전방향의 자세를 변화시키면, 보정광학부품(51)을 이동시킴으로써 빔단면(33)을 신축시키는 방향이 y방향에 대하여 기울어진다.When the posture in the rotational direction of the cylindrical concave mirror 52 is changed, the direction in which the beam end face 33 is expanded and contracted by moving the correction optical component 51 is inclined with respect to the y direction.

도 6의 6C는, 빔단면(33)을 신축시키는 방향이 y방향에 대하여 기울어졌을 때의 빔단면(33)의 형상의 변화를 나타내는 도이다. 신축하는 방향이, 파선으로 나타낸 빔단면의 장축방향에 일치하도록, 실린드리컬요면경(52)의 회전방향의 자세를 조정하고 있다. 이 때문에, 실린드리컬요면경(52)을 배치함으로써, 빔단면(33)은 파선으로 나타낸 빔단면의 장축방향으로 줄어든다. 보정광학부품(51)을 이동시켜 빔단면(33)의 축소량을 조정함으로써, 빔단면(33)을 진원에 가깝게 할 수 있다.6C of FIG. 6 is a figure which shows the change of the shape of the beam cross-section 33 when the direction which expands and contracts the beam cross-section 33 is inclined with respect to the y direction. The posture in the rotational direction of the cylindrical concave mirror 52 is adjusted so that the direction of expansion and contraction coincides with the major axis direction of the beam cross section indicated by the broken line. For this reason, by disposing the cylindrical concave mirror 52, the beam cross-section 33 is reduced in the longitudinal direction of the beam cross-section indicated by the broken line. By moving the correction optical component 51 to adjust the reduction amount of the beam cross-section 33, the beam cross-section 33 can be made close to a perfect circle.

상술한 각 실시예는 예시이며, 다른 실시예에서 나타낸 구성의 부분적인 치환 또는 조합이 가능한 것은 말할 것도 없다. 복수의 실시예의 동일한 구성에 의한 동일한 작용효과에 대해서는 실시예별로는 따로 언급하지 않는다. 또한, 본 발명은 상술한 실시예에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 다양한 변경, 개량, 조합 등이 가능한 것은 당업자에게 자명할 것이다.Each of the above-described embodiments is an example, and it goes without saying that partial substitutions or combinations of configurations shown in other embodiments are possible. The same operation and effect due to the same configuration of the plurality of embodiments will not be separately mentioned for each embodiment. In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like are possible.

11 가대
12 레이저발진기
15 챔버
16 광학실
17 블로어실
18 상하구획판
18A, 18B 개구
19 저판
20 광공진기
20A 광축
21 방전전극
22 전극박스
23 전극지지부재
24 방전영역
25 공진기미러
26 공진기베이스
27 광공진기 지지부재
28 광투과창
29 블로어
30, 30A, 30B 레이저빔의 광축
31 레이저빔
32 레이저발진기의 출구에 있어서의 빔단면
33 기준위치의 빔단면
35 회전중심
40 구획판
41 제1 가스유로
42 제2 가스유로
43 열교환기
45 지지개소
50 빔정형광학장치
51 보정광학부품
52 실린드리컬요면경
53 평면미러
55 집광광학부품
56 평면미러
60 빔익스펜더
61 애퍼처
62 평면미러
63 기준위치
65 지지기구
66 검출기
67 자세조정기구
70 제어장치
80 가공장치
81 빔주사기
82 fθ렌즈
85 스테이지
90 가공대상물
100 공통베이스
11 trestle
12 laser oscillator
15 chamber
16 Optical Room
17 blower room
18 upper and lower partition plate
18A, 18B openings
19 base plate
20 optical resonators
20A optical axis
21 discharge electrode
22 electrode box
23 Electrode support member
24 discharge area
25 resonator mirror
26 resonator base
27 Optical resonator support member
28 light transmission window
29 blower
Optical axis of 30, 30A, 30B laser beam
31 laser beam
32 Beam cross-section at the exit of the laser oscillator
33 Beam cross-section at the reference position
35 center of rotation
40 partition plate
41 first gas flow path
42 second gas flow path
43 heat exchanger
45 support
50 Beam Orthopedic Optical Device
51 Correction Optical Components
52 Cylindrical concave mirror
53 flat mirror
55 Condensing Optical Components
56 flat mirror
60 Beam Expander
61 aperture
62 flat mirror
63 reference position
65 support mechanism
66 detector
67 Posture adjustment mechanism
70 control
80 processing equipment
81 Beam Syringe
82 fθ lens
85 stage
90 Processing object
100 common base

Claims (7)

레이저빔의 경로에 배치되고, 실린드리컬미러 또는 실린드리컬렌즈를 포함하는 보정광학부품과,
상기 보정광학부품을 경유하는 레이저빔의 경로에 배치되며, 볼록렌즈 또는 요면경으로 이루어지는 집광광학부품과,
상기 보정광학부품과 상기 집광광학부품의 사이의 레이저빔의 광로길이를 변화시키는 방향으로 상기 보정광학부품을 이동 가능하게 지지하는 지지기구를 갖는 빔정형광학장치.
a correction optical component disposed in the path of the laser beam and comprising a cylindrical mirror or a cylindrical lens;
a condensing optical part disposed in the path of the laser beam passing through the correction optical part, and comprising a convex lens or a concave mirror;
and a support mechanism for movably supporting the correction optical component in a direction for changing an optical path length of a laser beam between the correction optical component and the condensing optical component.
제1항에 있어서,
상기 보정광학부품은 실린드리컬요면경과 평면미러를 포함하고,
상기 보정광학부품의 입측(入側)의 레이저빔의 광축과, 출측(出側)의 레이저빔의 광축은 평행이며,
상기 지지기구는, 상기 실린드리컬요면경과 상기 평면미러의 상대위치관계를 유지한 상태에서, 입측 및 출측의 레이저빔의 광축과 평행한 방향으로 이동 가능하게, 상기 보정광학부품을 지지하는 빔정형광학장치.
According to claim 1,
The correction optical component includes a cylindrical concave mirror and a plane mirror,
The optical axis of the laser beam on the entrance side of the correction optical component and the optical axis of the laser beam on the exit side are parallel to each other,
The support mechanism is a beam shaping for supporting the correction optical component so as to be movable in a direction parallel to the optical axis of the laser beam at the entrance and the exit side while maintaining the relative positional relationship between the cylindrical concave mirror and the plane mirror. optics.
제2항에 있어서,
상기 실린드리컬요면경에 입사되는 레이저빔의 광축과, 상기 실린드리컬요면경에서 반사된 레이저빔의 광축이 이루는 각의 이등분선을 회전중심으로 하여, 상기 실린드리컬요면경의 회전방향의 자세를 변화시키는 자세조정기구를 더 갖는 빔정형광학장치.
3. The method of claim 2,
Changing the posture of the rotational direction of the cylindrical concave mirror with the bisector of an angle between the optical axis of the laser beam incident on the cylindrical concave mirror and the optical axis of the laser beam reflected from the cylindrical concave mirror as the center of rotation A beam shaping optical device further having a posture adjustment mechanism.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 보정광학부품 및 상기 집광광학부품을 경유한 레이저빔의 경로의 기준위치에 있어서의 빔단면의 형상을 검출하는 검출기와,
상기 검출기에서 검출된 빔단면의 형상을 진원에 가깝게 하도록 상기 지지기구를 동작시켜, 상기 보정광학부품을 이동시키는 제어장치를 더 갖는 빔정형광학장치.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
a detector for detecting a shape of a beam cross section at a reference position of a path of a laser beam passing through the correction optical part and the condensing optical part;
and a control device for moving the correction optical part by operating the support mechanism so that the shape of the cross-section of the beam detected by the detector is close to a perfect circle.
제4항에 있어서,
상기 기준위치를 통과한 레이저빔의 경로에 배치된 빔익스펜더와,
상기 빔익스펜더를 경유한 레이저빔의 경로에 배치된 애퍼처를 더 갖고,
상기 빔익스펜더는, 상기 기준위치의 레이저빔의 빔단면을 상기 애퍼처의 위치에 전사하는 빔정형광학장치.
5. The method of claim 4,
a beam expander disposed in the path of the laser beam passing through the reference position;
Further having an aperture disposed in the path of the laser beam through the beam expander,
The beam expander is a beam shaping optical device for transferring the cross section of the laser beam at the reference position to the position of the aperture.
실린드리컬미러 또는 실린드리컬렌즈를 포함하는 보정광학부품, 및 볼록렌즈 또는 요면경으로 이루어지는 집광광학부품을 경유하여 기준위치에 레이저빔을 집광시키고,
상기 보정광학부품과 상기 집광광학부품의 사이의 레이저빔의 광로길이를 변화시켜, 상기 기준위치에 있어서의 레이저빔의 빔단면을 진원에 가깝게 하는 진원도 조정방법.
Condensing the laser beam to a reference position via a correction optical component including a cylindrical mirror or a cylindrical lens, and a condensing optical component including a convex lens or a concave mirror;
A method of adjusting the roundness of the laser beam at the reference position by changing the optical path length of the laser beam between the correction optical part and the condensing optical part to approximate a perfect circle.
제6항에 있어서,
상기 보정광학부품은 실린드리컬요면경을 포함하고,
또한, 상기 실린드리컬요면경에 입사되는 레이저빔의 광축과, 상기 실린드리컬요면경에서 반사된 레이저빔의 광축이 이루는 각의 이등분선을 회전중심으로 하여, 상기 실린드리컬요면경의 회전방향의 자세를 변화시킴으로써, 상기 기준위치에 있어서의 레이저빔의 빔단면을 진원에 가깝게 하는 진원도 조정방법.
7. The method of claim 6,
The correction optical component includes a cylindrical concave mirror,
In addition, with the bisector of the angle between the optical axis of the laser beam incident on the cylindrical concave mirror and the optical axis of the laser beam reflected from the cylindrical concave mirror as the rotational center, the posture in the rotational direction of the cylindrical concave mirror is A method of adjusting the roundness of the laser beam at the reference position by changing it to approximate a perfect circle.
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