TWI651146B - 雷射清潔裝置及其方法 - Google Patents

Abstract

一種雷射清潔裝置，其包含有：一光源，其係提供一清潔光束；一能量調配單元，其係接收該清潔光束，以調變該清潔光束之不同焦平面間的能量比例；以及一焦平面調變單元，其係接受已調變能量之該清潔光束，以形成複數個焦平面，並透過調整該些焦平面的距離，延伸或壓縮該清潔光束之有效清潔作用區域。

Description

雷射清潔裝置及其方法

一種雷射清潔裝置及其方法，尤指一種能應用於一三維結構或具高低落差之物件之雷射清潔方法及其裝置。

隨著雷射技術成熟，雷射技術的應用也越來越多元，而清潔/除鏽為一重要應用。清潔/除鏽應用之主要功效為不留痕跡地清潔表面雜質與鏽斑。

上述之雷術技術係可滿足平坦表面的清潔/除鏽應用。但三維結構或具高低落差產品，雷射的聚焦景深會限制縱向清潔/除鏽空間，而導致三維結構、精密區域清潔/除鏽成效不彰窘境。

本發明係一種雷射清潔裝置，其包含有：一光源，其係提供一清潔光束；一能量調配單元，其係接收該清潔光束，以調變該清潔光束之不同焦平面間的能量比例；以及一焦平面調變單元，其係接受已調變能量之該清潔光束，以形成複數焦平面，並透過調整該些焦平面之間的距離，延伸或壓縮該清潔光束之有效清潔作用區域。

本發明係一種雷射清潔方法，其步驟包含有：判定清潔縱深區域需求，於一具有三維結構或具高低落差之 物件，判定其所欲清潔之縱深區域；調變焦平面調變距離，依據該縱深區域，以調變一光源所提供之清潔光束的焦距，並延伸或壓縮一第一景深與一第二景深之間的距離，以找出等效景深；判定能源分配需求，依據該等效景深，而判定能量分配需求；以及同時調變第一能源調變距離與第二能源調變距離，以調變能量分配比例。

1‧‧‧光源

10‧‧‧清潔光束

2‧‧‧能源調配單元

20‧‧‧第一能源調配鏡

21‧‧‧第二能源調配鏡

22‧‧‧第三能源調配鏡

MD1‧‧‧第一能源調變距離

MD2‧‧‧第二能源調變距離

3‧‧‧焦平面調變單元

30‧‧‧第一焦平面調變鏡

31‧‧‧第二焦平面調變鏡

FD‧‧‧焦平面調變距離

FF1‧‧‧第一焦平面

FF2‧‧‧第二焦平面

FF3‧‧‧第三焦平面

FF4‧‧‧第四焦平面

4‧‧‧掃描單元

40‧‧‧折射鏡

41‧‧‧掃描鏡組

5‧‧‧光源

50‧‧‧清潔光束

6‧‧‧能源調配單元

60‧‧‧第一能源調配鏡

61‧‧‧第二能源調配鏡

62‧‧‧第三能源調配鏡

MD1A‧‧‧第一能源調變距離

MD2A‧‧‧第二能源調變距離

7‧‧‧焦平面調變單元

70‧‧‧第一焦平面調變鏡

71‧‧‧第二焦平面調變鏡

FDA‧‧‧焦平面調變距離

DF1‧‧‧第一景深

DF2‧‧‧第二景深

S1~S5‧‧‧步驟

第1圖為本發明之一種雷射清潔裝置之第一實施例之示意圖。

第2圖為複數個焦平面之示意圖。

第3圖為本發明之一種雷射清潔裝置之第二實施例之示意圖。

第4圖為本發明之一種雷射清潔方法之流程示意圖。

第5圖為一第一景深遠離一第二景深之示意圖。

第6圖為第一景深接近第二景深之示意圖。

以下係藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，所屬技術領域中具有通常知識者可由本說明書所揭示之內容，輕易地瞭解本發明之其他優點與功效。

請配合參考第1圖所示，本發明係一種雷射清潔裝置之第一實施例，其包含有一光源1、一能量調配單元2、一焦平面調變單元3與一掃描單元4。

光源1可為一雷射光源。光源1係提供一清潔光束10。

能源調配單元2具有一第一能源調配鏡20、一第二能源調配鏡21與一第三能源調配鏡22。

第一能源調配鏡20可為一正曲率之透鏡。第二能源調配鏡21可為一負曲率之透鏡。第三能源調配鏡22可為一正曲率之透鏡。

第二能源調配鏡21與第一能源調配鏡20之間具有一第一能 源調變距離MD1。第三能源調配鏡22與第二能源調配鏡21之間具有一第二能源調變距離MD2。

第一能源調配鏡20、第二能源調配鏡21與第三能源調配鏡22之間的相對位置可利用手動方式或致動器改變其相對位置，即延伸或壓縮第一能源調變距離MD1或第二能源調變距離MD2。

焦平面調變單元3具有一第一焦平面調變鏡30與一第二焦平面調變鏡31。

第一焦平面調變鏡30與第二焦平面調變鏡31之間具有一焦平面調變距離FD。

第一焦平面調變鏡30為雙焦點之負曲率透鏡與第二焦平面調變鏡31為雙焦點之正曲率透鏡。

第一焦平面調變鏡30與第二焦平面調變鏡31之間的相對位置可利用手動方式或致動器改變其相對位置，即延伸或壓縮焦平面調變距離FD。

掃描單元4具有一折射鏡40與一掃描鏡組41，掃描鏡組41係由複數個透鏡所組成。該些透鏡可為正/負曲率透鏡。折射鏡40可為一組反射振鏡或兩組反射振鏡，分別代表掃描平面的x、y軸。

光源1係提供清潔光束10給能源調配單元2，清潔光束10係穿透第一能源調配鏡20，並被第二能源調配鏡21所折射，或者清潔光束10穿透第二能源調配鏡21。

該清潔光束10係再被第三能源調配鏡22所折射，或者清潔光束10穿透第三能源調配鏡22。藉由改變第一能源調變距離MD1或第二能源調變距離MD2，或者改變第一能源調變距離MD1與第二能源調變距離MD2之間的比例，以調變清潔光束10之能量比例。

經調變能量之清潔光束10係提供給焦平面調變單元3。清潔光束10係穿過第一焦平面調變鏡30與第二焦平面調變鏡31，以形成複數個焦平面。藉由改變焦平面調變距離FD，以調變清潔光束10之焦平面間的距離，以延伸或壓縮清潔光束10之有效清潔作用區域。。

經調變焦距之清潔光束10係提供給掃描單元4。該清潔光束10係被折射鏡40所折射。清潔光束10係穿過掃描鏡組41，以清潔一物件。

請配合參考第2圖所示。舉例而言，當延伸或壓縮焦平面調變距離FD，並且第二焦平面調變鏡31為雙焦點透鏡時。穿過掃描單元4之清潔光束10會具有如第2圖所示之第一焦平面FF1、第二焦平面FF2、第三焦平面FF3與第四焦平面FF4。FF2與FF3焦平面之距離可由焦平面調變距離FD之延伸或壓縮而決定。

請配合參考第3圖所示，本發明為一種雷射清潔裝置之第二實施例，其包含有一光源5、一能量調配單元6、一焦平面調變單元7。

光源5可為一雷射光源。光源5係提供一清潔光束50。

能源調配單元6具有一第一能源調配鏡60、一第二能源調配鏡61與一第三能源調配鏡62。

第二能源調配鏡61與第一能源調配鏡60之間具有一第一能源調變距離MD1A。第三能源調配鏡62與第二能源調配鏡61之間具有一第二能源調變距離MD2A。

焦平面調變單元7具有一第一焦平面調變鏡70與一第二焦平面調變鏡71。

第一焦平面調變鏡70與第二焦平面調變鏡71之間具有一焦平面調變距離FDA。

第一焦平面調變鏡70為一雙焦點反射鏡或一單焦點反射鏡。第二焦平面調變鏡71為一雙焦點之正/負曲率透鏡或一單焦點之正/負曲率透鏡。

清潔光束50係依序穿過第一能源調配鏡60、第二能源調配鏡61與第三能源調配鏡62，以調變清潔光束50之能量。

經調變能量之清潔光束50係被第一焦平面調變鏡70所折射，被折射之清潔光束50係穿過第二焦平面調變鏡71，藉由改變焦平面調變距離FDA，以調變清潔光束50之焦距。

請配合參考第4圖所示，本發明為一種雷射清潔方法，其步 驟包含有：

步驟S1，判定清潔縱深區域需求。判定一具有三維結構或具高低落差之物件的所欲清潔之縱深區域。

步驟S2，調變焦平面調變距離。於此步驟中，具有壓縮焦平面調變距離與延伸焦平面調變距離之程序。

請配合參考第3圖與第5圖所示，於壓縮焦平面調變距離之程序，當焦平面調變距離FDA壓縮時，第一景深(Depth of Field)DF1會遠離第二景深DF2，而使等效景深拉伸。

請配合參考第3圖與第6圖所使，於延伸焦平面調變距離之程序，當焦平面調變距離FDA延伸時，第一景深DF1會接近第二景深DF2，而使等效景深縮減。

步驟S3，判定能量分配需求。依據上述之等效景深，而判定能量分配需求，以調變光源5之清潔光束50的能量比例。

步驟S4，同時調變第一能源調變距離與第二能源調變距離，以調變能量分配比例。請再配合參考第2圖所述，當第一能源調變距離MD1或第二能源調變距離MD2被延伸或壓縮時，能量分配比例會隨著第一能源調變距離MD1與第二能源調變距離MD2而改變。

舉例而言，清潔光束50之直徑為3.06mm；第三能源調配鏡62之直徑為2.5mm；第一能源調變距離MD1為82.75mm；第二能源調變距離MD2為131.312mm；所以能量分配比例為50%。故能量分配比例係受到第一能源調變距離MD1、第二能源調變距離MD2、第一能源調變距離MD1與第二能源調變距離MD2之比例(MD1/MD2)與第三能源調配鏡62之直徑。

步驟S5，完成清潔縱深區域調整。若已完成上述之調變能量分配比例，則完成清潔縱深區域調整。若未完成清潔縱深區域調整，則回到步驟2。

綜合上述，本發明之雷射清潔裝置及其方法，其係利用可調變複數焦平面之焦平面調變單元，以達到延長雷射清潔縱深區域之功效。該焦平面調變單元係產生縱向空間中的至少兩組虛擬雷 射聚焦平面(第一景深與第二景深)，藉由虛擬雷射聚焦平面之疊合，以延長雷射聚焦有效清潔空間。

本發明之能量調配單元係重新分配能源比例，並藉由調整空間雷射能量分配，改變光學鏡片的間距(第一能源調變距離與第二能源調變距離)，修正雷射光束(清潔光束)投影於單焦點/雙焦點光學元件的入射光束模態、尺寸或光發散角。

以上所述之具體實施例，僅係用於例釋本發明之特點及功效，而非用於限定本發明之可實施範疇，於未脫離本發明上揭之精神與技術範疇下，任何運用本發明所揭示內容而完成之等效改變及修飾，均仍應為下述之申請專利範圍所涵蓋。

Claims (13)

1. 一種雷射清潔裝置，其包含有：一光源，其係提供一清潔光束；一能量調配單元，其係接收該清潔光束，以調變不同焦平面間的能量比例；以及一焦平面調變單元，其係接受已調變能量之該清潔光束，形成複數焦平面，並透過調整該些焦平面之間的距離，延伸或壓縮該清潔光束之有效區域。
2. 如申請專利範圍第1項所述之雷射清潔裝置，其中該能源調配單元具有一第一能源調配鏡、一第二能源調配鏡與一第三能源調配鏡。
3. 如申請專利範圍第2項所述之雷射清潔裝置，其中該第一能源調配鏡為一正曲率之透鏡；該第二能源調配鏡為一負曲率之透鏡；該第三能源調配鏡為一正曲率之透鏡。
4. 如申請專利範圍第2項所述之雷射清潔裝置，其中該第二能源調配鏡與該第一能源調配鏡之間具有一第一能源調變距離；該第三能源調配鏡與該第二能源調配鏡之間具有一第二能源調變距離。
5. 如申請專利範圍第1項所述之雷射清潔裝置，其中該焦平面調變單元具有一第一焦平面調變鏡與一第二焦平面調變鏡。
6. 如申請專利範圍第5項所述之雷射清潔裝置，其中該第一焦平面調變鏡與該第二焦平面調變鏡之間具有一焦平面調變距離。
7. 如申請專利範圍第5項所述之雷射清潔裝置，其中該第一焦平面調變鏡為一雙焦點之負曲率透鏡；該第二焦平面調變鏡為一雙焦點之正曲率透鏡；或者該第一焦平面調變鏡為一雙焦點反射鏡或一單焦點反射鏡，該第二焦平面調變鏡為一雙焦點之正/負曲率透鏡或一單焦點之正/負曲率透鏡。
8. 如申請專利範圍第1項所述之雷射清潔裝置，其更具有一掃描單元，該掃描單元係接受已調變焦平面之清潔光束。
9. 如申請專利範圍第8項所述之雷射清潔裝置，其中該掃描單元具有一折射鏡與一掃描鏡組，該掃描鏡組係由複數個透鏡所組成，該些透鏡可為正/負曲率透鏡，該折射鏡為一組反射振鏡或兩組反射振鏡，分別代表掃描平面的x、y軸。
10. 一種雷射清潔方法，其步驟包含有：判定清潔縱深區域需求，於一具有三維結構或具高低落差之物件，判定其所欲清潔之縱深區域；調變焦平面調變距離，依據該縱深區域，以調變一光源所提供之清潔光束的焦平面，並延伸或壓縮一第一景深與一第二景深之間的距離，以找出等效景深；判定能源分配需求，依據該等效景深，而判定能量分配需求；以及同時調變第一能源調變距離與第二能源調變距離，以及調變能量分配比例。
11. 如申請專利範圍第10項所述之雷射清潔方法，其中於該調變焦平面調變距離之步驟中，於延伸或壓縮位於一焦平面調變單元之焦平面調變距離，以調變清潔光束的有效清潔作用區域。
12. 如申請專利範圍第11項所述之雷射清潔方法，其中於該調變焦平面調變距離之步驟中，其具有一壓縮焦平面調變距離之程序與一延伸焦平面調變距離之程序；於該壓縮焦平面調變距離之程序，當該焦平面調變距離壓縮時，該第一景深會遠離該第二景深，而使該等效景深拉伸；於該延伸焦平面調變距離之程序，當該焦平面調變距離延伸時，該第一景深會接近該第二景深，而使該等效景深縮減。
13. 如申請專利範圍第10項所述之雷射清潔方法，其中於該同時調變第一能源調變距離與第二能源調變距離，以及調變能量分配比例之步驟中，延伸或壓縮位於一能量調配單元之該第一能源調變距離與該第二能源調變距離，以改變該能量分配比例。