KR20220007512A

KR20220007512A - 아이리스 및 레이저발진기

Info

Publication number: KR20220007512A
Application number: KR1020210079103A
Authority: KR
Inventors: 조이치 카와무라; 켄타 타나카
Original assignee: 스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
Priority date: 2020-07-10
Filing date: 2021-06-18
Publication date: 2022-01-18
Also published as: TWI781658B; TW202203529A; JP7499630B2; CN113922197A; JP2022015941A; CN113922197B

Abstract

빔단면의, 진원으로부터의 붕괴를 억제하는 것이 가능한 광공진기용의 아이리스를 제공한다.
광공진기에 갇힌 레이저빔의 경로에 아이리스가 배치된다. 이 아이리스는, 광공진기에 갇힌 레이저빔이 통과하는 통과영역과, 통과영역의 주위에 배치된 차광영역을 획정한다. 광공진기의 광축에 대하여 직교하는 평면 내에서 서로 직교하는 두 방향의 통과영역의 치수의 비인 종횡비가 가변이다.

Description

아이리스 및 레이저발진기{IRIS AND LASER OSCILLATOR}

본 출원은 2020년 7월 10일에 출원된 일본 특허출원 제2020-119131호에 근거하여 우선권을 주장한다. 그 출원의 전체 내용은 이 명세서 중에 참고로 원용되어 있다.

본 발명은, 광공진기 내에 배치되는 아이리스, 및 아이리스를 탑재한 레이저발진기에 관한 것이다.

레이저발진기는, 프론트미러 및 리어미러로 구성되는 광공진기, 및 방전전극 등의 여기기구를 포함한다. 일반적으로, 광공진기의 광축 상에 프론트아이리스, 리어아이리스, 또는 그 양방이 배치된다. 아이리스를 배치함으로써, 빔단면을 진원(眞圓)으로 정형하여, 확산각을 억제하고, 및 기생발진을 억제할 수 있다. 원형의 빔단면의 레이저빔을 취출하기 위하여, 아이리스로서, 진원의 개구(開口)가 마련된 금속판이 사용된다(예를 들면, 하기의 특허문헌 1 참조.).

특허문헌 1: 일본 공개특허공보 소61-276387호

진원의 개구를 갖는 아이리스를 이용하여 빔단면을 정형해도, 레이저발진기로부터 출력된 레이저빔의 빔단면의 형상이 진원으로부터 붕괴되어 타원상이 되는 경우가 있다.

본 발명의 목적은, 빔단면의, 진원으로부터의 붕괴를 억제하는 것이 가능한 아이리스를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은, 빔단면의, 진원으로부터의 붕괴를 억제하는 것이 가능한 레이저발진기를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 관점에 의하면,

광공진기에 갇힌 레이저빔의 경로에 배치되는 아이리스로서,

상기 광공진기에 갇힌 레이저빔이 통과하는 통과영역과, 상기 통과영역의 주위에 배치된 차광영역을 획정(劃定)하고, 상기 광공진기의 광축에 대하여 직교하는 평면 내에서 서로 직교하는 두 방향의 상기 통과영역의 치수의 비인 종횡비가 가변인 아이리스가 제공된다.

본 발명의 다른 관점에 의하면,

레이저빔을 가두는 광공진기와,

상기 광공진기에 갇힌 레이저빔이 통과하는 통과영역과, 상기 통과영역의 주위에 배치된 차광영역을 획정하고, 상기 광공진기의 광축에 대하여 직교하는 평면 내에서 서로 직교하는 두 방향의 상기 통과영역의 치수의 비인 종횡비가 가변인 아이리스와,

상기 광공진기, 상기 아이리스, 및 레이저매질가스를 수용하는 챔버와,

상기 아이리스의 상기 통과영역의 종횡비를, 상기 챔버의 외부에서 조작하여 변경하는 종횡비변경기구를 갖는 레이저발진기가 제공된다.

아이리스의 통과영역의 종횡비를 변화시킴으로써, 빔단면의 형상을 조정하여, 진원으로부터의 붕괴를 억제할 수 있다.

도 1은, 본 실시예에 의한 레이저발진기를 탑재한 레이저가공장치의 개략도이다.
도 2는, 실시예에 의한 레이저발진기의 광축을 포함하는 단면도이다.
도 3은, 실시예에 의한 레이저발진기의 광축에 수직인 단면도이다.
도 4는, 방전전극, 전극박스, 및 아이리스를 정면에서 보았을 때의 위치관계를 나타내는 도이다.
도 5의 5A는, 아이리스의 사시도이고, 도 5의 5B 및 5C는, 아이리스의 제1 부재 및 제2 부재의 정면도이다.
도 6은, 펄스의 반복주파수를 변화시켜, 레이저발진기의 광투과창으로부터 일정한 광로길이만큼 진행된 위치에서 레이저빔의 빔스폿의 빔직경을 측정하는 평가실험의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7은, 다른 실시예에 의한 레이저발진기의 광축에 수직인 단면도이다.
도 8은, 또 다른 실시예에 의한 레이저발진기에 이용되는 아이리스의 사시도이다.

도 1~도 6을 참조하여, 하나의 실시예에 의한 레이저발진기에 대하여 설명한다.

도 1은, 본 실시예에 의한 레이저발진기를 탑재한 레이저가공장치의 개략도이다. 레이저가공장치는, 레이저발진기(12), 및 가공장치(80)를 포함한다.

레이저발진기(12)는 가대(架臺)(11) 위에 지지되어 있으며, 가대(11)는 공통베이스(100)에 고정되어 있다. 가공장치(80)는, 빔정형광학계(81) 및 스테이지(82)를 포함한다. 스테이지(82) 위에 가공대상물(90)이 지지된다. 빔정형광학계(81) 및 스테이지(82)는, 공통베이스(100)에 고정되어 있다. 레이저발진기(12)와 빔정형광학계(81)의 사이의 레이저빔의 경로에, 빔프로파일러(50)를 배치할 수 있다. 레이저가공 중에는, 빔프로파일러(50)가 레이저빔의 경로로부터 퇴피된다. 공통베이스(100)는, 예를 들면 바닥이다.

레이저발진기(12)는 펄스레이저빔을 출력한다. 레이저발진기(12)로서, 예를 들면 탄산가스레이저발진기가 이용된다. 다만, 레이저발진기(12)로서 그 외의 가스 레이저발진기, 예를 들면 엑시머레이저발진기를 이용해도 된다. 레이저발진기(12)로부터 출력된 펄스레이저빔이 빔정형광학계(81)에 의하여 빔프로파일이 정형되어, 가공대상물(90)에 입사된다.

도 2는, 실시예에 의한 레이저발진기(12)의 광축을 포함하는 단면도이다. 레이저발진기(12)는, 레이저매질가스 및 광공진기(20) 등을 수용하는 챔버(15)를 포함한다. 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.

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.

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 개재하여 저판(19)에 지지되어 있다. 한 쌍의 방전전극(21)은, 상하방향으로 간격을 두고 배치되며, 양자 사이에 방전영역(24)이 획정된다. 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.

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 광공진기지지부재(27)를 개재하여 저판(19)에 지지되어 있다.

방전영역(24)에서 발생한 광이 한 쌍의 공진기미러(25)의 사이에서 반사를 반복하고, 한 쌍의 공진기미러(25)의 사이의 영역(20B)에, 공진기미러(25)의 사이의 광로길이에 따른 파장의 정재파(定在波)가 발생한다. 이와 같이 하여, 한 쌍의 공진기미러(25)의 사이의 영역(20B)에 레이저빔이 갇힌다. 광공진기(20)에 갇힌 레이저빔의 일부는, 일방의 공진기미러(25)(도 2에 있어서 좌측의 공진기미러(25))를 투과하여 외부로 출력된다. 광공진기(20)에 갇힌 레이저빔의 경로에, 2개의 아이리스(60, 70)가 배치되어 있다. 아이리스(60, 70)는 공진기베이스(26)에 지지되어 있다. 2개의 아이리스(60, 70)는, 방전영역(24)을 광축(20A)의 방향으로 사이에 두는 위치에 배치되어 있다.

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 여진(勵振)된 레이저빔이 광투과창(28)을 투과하여 외부로 방사된다. 광투과창(28)측에 배치된 아이리스(60)를 프론트아이리스라고 하고, 타방의 아이리스(70)를 리어아이리스라고 하는 경우가 있다.

블로어실(17)에 블로어(29)가 배치되어 있다. 블로어(29)는, 광학실(16)과 블로어실(17)의 사이에서 레이저매질가스를 순환시킨다.

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 광공진기지지부재(27)에 의하여 챔버(15)의 저판(19)(도 2)에 지지되어 있다. 전극지지부재(23) 및 광공진기지지부재(27)는, 도 3에 나타낸 단면으로부터 어긋난 위치에 배치되어 있기 때문에, 도 3에 있어서 전극지지부재(23) 및 광공진기지지부재(27)를 파선으로 나타내고 있다.

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.

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.

도 4는, 방전전극(21), 전극박스(22), 및 아이리스(60)를 정면에서 보았을 때의 위치관계를 나타내는 도이다. 도 4에 있어서 전극박스(22)에 해칭을 넣고 있다. 상하방향으로 대향하는 한 쌍의 방전전극(21)이, 각각 전극박스(22)에 고정되어 있다. 전극박스(22)에 장착된 구획판(40)에 의하여, 레이저매질가스의 제1 가스유로(41) 및 제2 가스유로(42)가 획정된다. 다만, 도 3은, 구획판(40)을 모식적으로 나타내고 있으며, 도 4에 나타낸 구획판(40)의 형상은, 도 3에 모식적으로 나타낸 구획판(40)의 형상과 다르다.

레이저매질가스가, 제1 가스유로(41)로부터 한 쌍의 전극박스(22)의 사이의 공간을 경유하여, 제2 가스유로(42)를 향하여 흐른다. 도 4에 있어서, 레이저매질가스의 흐름을 화살표로 나타내고 있다. 한 쌍의 전극박스(22)의 사이의 공간에 방전영역(24)이 포함되어 있다. 한 쌍의 전극박스(22)의 사이의 공간으로의 레이저매질가스의 유입단(流入端)에 정류판(44)이 배치되어 있다.

방전영역(24)과 중첩되는 위치에 아이리스(60)가 배치되어 있다. 정면에서 보아 아이리스(60)는, 레이저빔이 통과하는 통과영역(60A)과, 그 주위에 배치된 차광영역(60B)을 포함한다. 통과영역(60A)은, 정면에서 보아 방전영역(24)에 포함되어 있다. 광공진기(20)의 광축(20A)(도 2)에 직교하는 평면 내에서 서로 직교하는 두 방향의, 통과영역(60A)의 치수의 비가 가변이다. 다만, 다른 일방의 아이리스(70)(도 2)의 통과영역은 진원이며, 그 크기는 불변이다.

예를 들면, 레이저매질가스가 흐르는 방향(도 4에 있어서 횡방향)을 제1 방향(D1)이라고 정의하고, 한 쌍의 방전전극(21)이 떨어지는 방향(도 4에 있어서 종방향)을 제2 방향(D2)이라고 정의한다. 통과영역(60A)의 제1 방향(D1)의 치수가 가변이며, 제2 방향(D2)의 치수가 고정되어 있다. 통과영역(60A)의 제1 방향(D1)의 치수가 변화하면, 통과영역(60A)의 제1 방향(D1)의 치수와 제2 방향(D2)의 치수의 비(이하, 종횡비라고 한다.)가 변화한다. 도 4에 있어서, 실선으로 나타낸 통과영역(60A)에 대하여 제1 방향(D1)의 치수가 작아진 통과영역(60A)을 파선으로 나타내고 있다.

다음으로, 도 5의 5A~5C를 참조하여 아이리스(60)의 구성에 대하여 설명한다.

도 5의 5A는, 아이리스(60)의 사시도이다. 아이리스(60)는, 제1 부재(61) 및 제2 부재(62)를 포함한다. 제2 부재(62)는, 2개의 부품(62A, 62B)을 포함한다. 제1 부재(61)는, 광공진기(20)(도 2)의 광축(20A)에 대하여 수직에 배치된 판재(예를 들면 금속판)이며, 이 판재에 레이저빔의 경로와 중첩되는 개구(63)가 마련되어 있다. 개구(63)의 크기는 불변이다.

제2 부재(62)의 2개의 부품(62A, 62B)은, 정면에서 보아 광축(20A)을 제1 방향(D1)으로 사이에 두는 위치에 배치되어 있다. 2개의 부품(62A, 62B)의 각각은, 광축(20A)에 대하여 수직으로 배치된 판재이다. 2개의 부품(62A, 62B)의 서로 대향하는 가장자리가, 내측을 향하여 파이도록 만곡(灣曲)되어 있다.

제2 부재(62)의 2개의 부품(62A, 62B)은, 슬라이드기구(65)에 의하여 제1 방향(D1)으로 이동 가능하게 지지되어 있다. 슬라이드기구(65)의 안내면은 공진기베이스(26)(도 2)에 고정되어 있다. 2개의 부품(62A, 62B)은, 제1 방향(D1)으로 독립적으로 이동 가능하다. 2개의 부품(62A, 62B)을 제1 방향(D1)으로 이동시키면, 정면에서 보아 제1 부재(61)의 개구(63)와, 2개의 부품(62A, 62B)의 상대위치관계가 변화한다. 2개의 부품(62A, 62B)이 개구(63)와 중첩되어 있지 않은 상태로부터, 2개의 부품(62A, 62B)을 광축(20A)에 가까워지는 방향으로 이동시키면, 2개의 부품(62A, 62B)이 개구(63)의 일부분과 중첩되어, 개구(63)의 일부분을 제1 방향(D1)의 양측으로부터 막는다. 예를 들면, 2개의 부품(62A, 62B)은, 개구(63)의 가장자리로부터 내측으로 들어간 영역을 막는다. 개구(63)가 막힌 영역의 면적은, 제2 부재(62)의 2개의 부품(62A, 62B)을 이동시킴으로써 변화한다.

도 5의 5B 및 5C는, 제1 부재(61) 및 제2 부재(62)의 정면도이다. 도 5의 5B는, 제2 부재(62)의 2개의 부품(62A, 62B)이 제1 부재(61)의 개구(63)와 중첩되어 있지 않은 상태를 나타내고 있다. 이때, 제1 부재(61)의 개구(63)가, 아이리스(60)의 통과영역(60A)에 일치한다.

도 5의 5C는, 제2 부재(62)의 2개의 부품(62A, 62B)이 제1 부재(61)의 개구(63)의 일부와 중첩된 상태를 나타내고 있다. 개구(63) 중 제2 부재(62)와 중첩되어 있지 않은 영역이, 아이리스(60)의 통과영역(60A)에 일치한다. 제2 부재(62)의 2개의 부품(62A, 62B)이 개구(63)의 일부분을 막음으로써, 통과영역(60A)의 제1 방향(D1)의 치수가 작아진다. 통과영역(60A)의 제2 방향(D2)의 치수는 개구(63)의 제2 방향(D2)의 치수와 동일하고, 불변이다.

다음으로, 상기 실시예의 우수한 효과에 대하여 설명한다.

레이저발진기로부터 출력된 펄스레이저빔을 가공대상물에 입사시켜 복수의 구멍을 형성하는 가공을 행하는 경우, 구멍을 형성해야 할 복수의 위치에 펄스레이저빔을 차례로 입사시킨다. 직전에 가공한 구멍으로부터, 다음으로 가공해야 할 구멍까지의 거리가 길어지면, 펄스레이저빔의 입사위치의 이동거리가 길어져, 직전의 쇼트부터 다음의 쇼트까지의 시간이 길어지는 경우가 있다. 이 때문에, 형성해야 할 구멍의 분포의 영향을 받아, 펄스의 반복주파수가 변동한다. 형성하는 구멍의 형상을 균일하게 하기 위하여, 펄스의 반복주파수가 변동해도 빔스폿의 형상이 변하지 않는 것이 바람직하다.

본원의 발명자들은, 레이저발진기(12)의 펄스의 반복주파수를 변화시켜, 레이저발진기(12)의 광투과창(28)(도 2)으로부터 일정한 광로길이만큼 진행된 위치에서 레이저빔의 빔스폿의 형상을 관측하는 평가실험을 행했다. 평가실험에 있어서는, 아이리스(60)의 통과영역(60A)을 진원으로 했다.

도 6은, 평가실험의 결과를 나타내는 그래프이다. 가로축은 펄스의 반복주파수를 단위 "kHz"로 나타내고, 세로축은 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)의 빔스폿의 치수를 상댓값으로 나타낸다. 그래프 중의 원기호 및 삼각기호가, 각각 제1 방향(D1)의 치수 및 제2 방향(D2)의 치수를 나타낸다. 펄스의 반복주파수가 어느 값인 경우에서도, 빔단면의 제1 방향(D1)의 치수가 제2 방향(D2)의 치수보다 크다. 이와 같이, 통과영역이 진원의 아이리스(60, 70)를 이용하고 있음에도 불구하고, 빔단면은 진원이 되지 않고, 가로로 길어진다. 이것은, 레이저매질가스의 흐름과, 방전의 공간적불균일함의 영향을 받아, 제1 방향(D1)과 제2 방향(D2)에서 발진의 상황이 다르기 때문이다.

펄스의 반복주파수를 저하시키면, 빔단면의 치수가 커진다. 단, 제1 방향(D1)의 치수의 증가량이, 제2 방향(D2)의 치수의 증가량보다 크다. 이것은, 레이저매질가스의 흐름의 방향(제1 방향(D1))에 관한 방전상태의 불균일함이, 제2 방향(D2)에 관한 방전상태의 불균일함에 비하여, 펄스의 반복주파수의 변화의 영향을 보다 크게 받기 때문이다. 펄스의 반복주파수가 저하되면, 빔단면의 형상의, 진원으로부터의 붕괴가 커진다.

본 실시예에서는, 아이리스(60)의 통과영역(60A)의 제1 방향(D1)의 치수를 변화시킴으로써, 빔단면의 형상을 진원에 가깝게 할 수 있다. 예를 들면, 펄스의 반복주파수를 저하시켜 빔단면이 제1 방향(D1)으로 길어졌을 때, 통과영역(60A)의 제1 방향(D1)의 치수를 작게 하면 된다.

펄스의 반복주파수에 따라 통과영역(60A)의 종횡비를 조정함으로써, 펄스의 반복주파수를 바꾸어도, 빔단면이 대략 진원인 상태를 유지할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는, 제1 부재(61)의 개구(63)(도 5의 5A)의 일부분을 제1 방향(D1)의 양측으로부터 막기 때문에, 통과영역(60A)의 제1 방향(D1)의 치수를 변화시켜도, 통과영역(60A)의 기하학적 중심위치는 이동하지 않는다. 이 때문에, 통과영역(60A)의 제1 방향(D1)의 치수를 변화시켜도, 레이저빔의 중심축의 어긋남은 발생하지 않는다.

다음으로, 상기 실시예의 변형예에 대하여 설명한다.

상기 실시예에서는 프론트측의 아이리스(60)(도 2)의 통과영역(60A)(도 4)의 종횡비를 가변으로 했지만, 리어측의 아이리스(70)의 통과영역의 종횡비를 가변으로 해도 된다. 또한, 2개의 아이리스(60, 70)의 통과영역의 종횡비를 가변으로 해도 된다.

상기 실시예에서는, 아이리스(60)의 통과영역(60A)의 제2 방향(D2)의 치수를 고정하고, 제1 방향(D1)의 치수를 가변으로 하고 있지만, 그 반대로 제1 방향(D1)의 치수를 고정하며, 제2 방향(D2)의 치수를 가변으로 해도 된다. 이 경우, 제1 부재(61)에 마련된 개구(63)(도 5의 5A)를 제2 방향(D2)으로 긴 타원으로 하고, 제2 부재(62)를 제2 방향으로 분할된 2개의 부재로 구성하면 된다. 펄스의 반복주파수를 저하시킴에 따라, 통과영역(60A)의 제2 방향(D2)의 치수를 크게 하면 된다. 이로써, 빔단면의 진원으로부터의 붕괴를 저감시킬 수 있다.

또, 통과영역(60A)의 제1 방향(D1)의 치수와 제2 방향(D2)의 치수의 양방을 가변으로 해도 된다. 이로써, 빔단면의 형상의 조정의 자유도를 높일 수 있다.

상기 실시예에서는, 한 쌍의 공진기미러(25)로 1개의 직선상의 광축(20A)(도 2)을 갖는 광공진기(20)를 구성하고 있지만, 또 다른 다양한 반사경을 배치하여 폴드 광공진기를 구성해도 된다. 이 경우에는, 광공진기는 예를 들면 꺾은선상의 광축을 갖고, 양단의 한 쌍의 공진기미러의 사이의 꺾은선상의 광축을 따라 레이저빔이 갇힌다. 아이리스는, 광공진기에 갇혀 있는 꺾은선상의 레이저빔의 경로 중 어느 하나의 위치에 배치하면 된다.

다음으로, 도 7을 참조하여 다른 실시예에 의한 레이저발진기에 대하여 설명한다. 이하, 도 1~도 6에 나타낸 실시예에 의한 레이저발진기와 공통된 구성에 대해서는 설명을 생략한다.

도 7은, 본 실시예에 의한 레이저발진기의 광축(20A)에 수직인 단면도이다. 아이리스(60)의 제1 부재(61)가 공진기베이스(26)에 고정되어 있다. 제2 부재(62)의 2개의 부품(62A, 62B)이, 슬라이드기구(65)를 개재하여 공진기베이스(26)에 지지되어 있다. 제2 부재(62)의 2개의 부품(62A, 62B)에, 각각 로드(66A, 66B)가 접속되어 있다. 로드(66A, 66B)는, 각각 2개의 부품(62A, 62B)으로부터 제1 방향(D1)으로 뻗고, 챔버(15)의 측벽을 관통하여 챔버(15)의 외측까지 돌출되어 있다. 로드(66A, 66B)의 각각이 챔버(15)의 측벽을 관통하는 개소는, O링을 포함하는 밀봉구조(67A, 67B)에 의하여 기밀성이 확보되어 있다.

로드(66A, 66B)를 챔버(15)의 외부에서 조작하여 제1 방향(D1)으로 이동시키면, 제2 부재(62)의 2개의 부품(62A, 62B)이 제1 방향(D1)으로 이동한다. 이로써, 통과영역(60A)의 종횡비가 변화한다. 로드(66A, 66B)는, 통과영역(60A)의 종횡비를 변화시키는 종횡비변경기구로서의 기능을 갖는다.

다음으로, 본 실시예의 우수한 효과에 대하여 설명한다.

본 실시예에서는, 챔버(15)의 외측으로부터 로드(66A, 66B)를 개재하여 제2 부재(62)의 2개의 부품(62A, 62B)을 제1 방향(D1)으로 이동시킬 수 있다. 이 때문에, 레이저발진기(12)를 발진시킨 상태로, 빔프로파일러(50)(도 1)로 빔단면의 형상을 관찰하면서, 아이리스(60)의 통과영역(60A)의 종횡비를 조정할 수 있다. 이로써, 빔단면을 진원에 가깝게 하기 위한 조정을 용이하게 행할 수 있다.

다음으로, 도 8을 참조하여 또 다른 실시예에 의한 레이저발진기에 대하여 설명한다. 이하, 도 1~도 6에 나타낸 실시예에 의한 레이저발진기와 공통된 구성에 대해서는 설명을 생략한다.

도 8은, 본 실시예에 의한 레이저발진기에 이용되는 아이리스(60)의 사시도이다. 도 1~도 6에 나타낸 실시예에서는, 제2 부재(62)(도 5의 5A)가 제1 방향(D1)으로 2분할되어 있다. 이것에 대하여 본 실시예에서는, 제1 부재(61) 및 제2 부재(62) 모두 분할되어 있지 않다. 제2 부재(62)는 제1 부재(61)와 동일하게, 개구(64)가 마련된 판재로 구성된다. 제1 부재(61) 및 제2 부재(62)는, 슬라이드기구(65)에 의하여 제1 방향(D1)으로 독립적으로 이동 가능하게 지지되어 있다.

아이리스(60)를 정면에서 보아 제1 부재(61)의 개구(63)와 제2 부재(62)의 개구(64)가 중첩되어 있는 영역이, 아이리스(60)의 통과영역(60A)에 일치한다. 제1 부재(61)와 제2 부재(62)의 제1 방향(D1)의 상대위치관계를 변화시키면, 통과영역(60A)의 제1 방향(D1)의 치수가 변화한다. 다만, 통과영역(60A)의 제2 방향(D2)의 치수도 변화하지만, 그 변화량은 적기 때문에, 통과영역(60A)의 종횡비가 변화한다. 또, 제1 부재(61)와 제2 부재(62)를 서로 반대방향으로 등거리만큼 이동시키면, 통과영역(60A)의 중심위치가 고정된 상태로, 통과영역(60A)의 제1 방향의 치수가 변화한다.

다음으로, 본 실시예의 우수한 효과에 대하여 설명한다.

본 실시예에 있어서도, 아이리스(60)의 통과영역(60A)의 종횡비를 변화시킴으로써, 도 1~도 6에 나타낸 실시예와 동일하게, 펄스의 반복주파수를 바꾸어도, 빔단면이 대략 진원인 상태를 유지할 수 있다.

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.

11 가대
12 레이저발진기
15 챔버
16 광학실
17 블로어실
18 상하구획판
18A, 18B 개구
19 저판
20 광공진기
20A 광축
20B 한 쌍의 공진기미러의 사이의 광이 갇히는 영역
21 방전전극
22 전극박스
23 전극지지부재
24 방전영역
25 공진기미러
26 공진기베이스
27 광공진기지지부재
28 광투과창
29 블로어
40 구획판
41 제1 가스유로
42 제2 가스유로
43 열교환기
44 정류판
45 지지개소
50 빔프로파일러
60 아이리스
60A 통과영역
60B 차광영역
61 제1 부재
62 제2 부재
62A, 62B 제2 부재의 부품
63 제1 부재의 개구
64 제2 부재의 개구
65 슬라이드기구
66A, 66B 로드
67A, 67B 밀봉구조
70 아이리스
80 가공장치
81 빔정형광학계
82 스테이지
90 가공대상물
100 공통베이스

Claims

광공진기에 갇힌 레이저빔의 경로에 배치되는 아이리스로서,
상기 광공진기에 갇힌 레이저빔이 통과하는 통과영역과, 상기 통과영역의 주위에 배치된 차광영역을 획정하고, 상기 광공진기의 광축에 대하여 직교하는 평면 내에서 서로 직교하는 두 방향의 상기 통과영역의 치수의 비인 종횡비가 가변인 아이리스.
제1항에 있어서,
상기 광공진기의 광축에 대하여 직교하는 평면 내에서 서로 직교하는 두 방향 중 제1 방향의 상기 통과영역의 치수가 가변이며, 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향의 상기 통과영역의 치수가 고정인 아이리스.
제2항에 있어서,
크기가 불변인 개구가 마련된 제1 부재와,
상기 제1 부재에 대하여 상기 제1 방향으로 이동 가능하게 지지되고, 상기 제1 방향으로 이동함으로써 상기 제1 부재의 개구의 가장자리로부터 내측으로 들어간 일부의 영역을 막는 제2 부재를 포함하며,
상기 제1 부재의 개구 중 상기 제2 부재로 막혀 있지 않은 영역이 상기 통과영역이 되는 아이리스.
제3항에 있어서,
상기 제2 부재는, 상기 제1 방향으로 분할된 2개의 부품을 포함하고, 상기 제2 부재의 2개의 부품은, 상기 제1 부재의 개구의 일부분을, 상기 제1 방향의 양측으로부터 막는 아이리스.
레이저빔을 가두는 광공진기와,
상기 광공진기에 갇힌 레이저빔이 통과하는 통과영역과, 상기 통과영역의 주위에 배치된 차광영역을 획정하고, 상기 광공진기의 광축에 대하여 직교하는 평면 내에서 서로 직교하는 두 방향의 상기 통과영역의 치수의 비인 종횡비가 가변인 아이리스와,
상기 광공진기, 상기 아이리스, 및 레이저매질가스를 수용하는 챔버와,
상기 아이리스의 상기 통과영역의 종횡비를, 상기 챔버의 외부로부터 조작하여 변경하는 종횡비변경기구를 갖는 레이저발진기.
제5항에 있어서,
상기 광공진기의 광축에 대하여 직교하는 평면 내에서 서로 직교하는 두 방향 중 제1 방향의 상기 통과영역의 치수가 가변이며, 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향의 상기 통과영역의 치수가 고정되어 있는 레이저발진기.
제6항에 있어서,
상기 아이리스는,
크기가 불변인 개구가 마련된 제1 부재와,
상기 제1 부재에 대하여 상기 제1 방향으로 이동 가능하게 지지되고, 상기 제1 방향으로 이동함으로써 상기 제1 부재의 개구의 가장자리로부터 내측으로 들어간 일부의 영역을 막는 제2 부재를 포함하며,
상기 종횡비변경기구는, 상기 제2 부재를 상기 제1 부재에 대하여 상기 제1 방향으로 이동시키는 레이저발진기.
제7항에 있어서,
상기 제2 부재는, 상기 제1 방향으로 분할된 2개의 부품을 포함하고, 상기 제2 부재의 2개의 부품은, 상기 제1 부재의 개구를, 상기 제1 방향의 양측으로부터 막으며,
상기 종횡비변경기구는, 상기 제2 부재의 2개의 부품을 각각 상기 제1 방향으로 이동시키는 레이저발진기.