JPS59223407A - レ−ザ用光学装置 - Google Patents
レ−ザ用光学装置Info
- Publication number
- JPS59223407A JPS59223407A JP58097863A JP9786383A JPS59223407A JP S59223407 A JPS59223407 A JP S59223407A JP 58097863 A JP58097863 A JP 58097863A JP 9786383 A JP9786383 A JP 9786383A JP S59223407 A JPS59223407 A JP S59223407A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- spherical
- mirror
- laser
- axis
- workpiece
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/005—Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は高出力レーザ用光学装置に係シ、考にレーザ加
工に好適な小さなスポットを発生するレーザ共振器の加
工装置に関する。
工に好適な小さなスポットを発生するレーザ共振器の加
工装置に関する。
レーザ加工では、レーザ共振器から発生す餐レーザビー
ムを特殊な結晶体レンズまたは金属ｆＪ１反射鏡によっ
て微小なスポットに集光させ、加］二物に照射している
。従来の高出力レーザ装置にコ？いて、レンズによる集
光方式は、レンズが熱的な損傷の発生で破損する恐れが
ある。全綱製凹面反射鏡による集光方式は、入射角が零
にできないので球面収差が大きく、小さなスポットに絞
れない。
ムを特殊な結晶体レンズまたは金属ｆＪ１反射鏡によっ
て微小なスポットに集光させ、加］二物に照射している
。従来の高出力レーザ装置にコ？いて、レンズによる集
光方式は、レンズが熱的な損傷の発生で破損する恐れが
ある。全綱製凹面反射鏡による集光方式は、入射角が零
にできないので球面収差が大きく、小さなスポットに絞
れない。
また、金属製放物面反射鏡による集光方式は、球面収差
が小さく、小さなスポットに絞れるが、放散物面反射鏡
の製作費がきわめて高価で、その上、取付調整が困難と
なシ、一般的には使用できない。
が小さく、小さなスポットに絞れるが、放散物面反射鏡
の製作費がきわめて高価で、その上、取付調整が困難と
なシ、一般的には使用できない。
まず、第１図を参照して、従来のレンズ集光方式による
加工装置について説明する。
加工装置について説明する。
従来の高出力レーザ装置では、レーザ出力を高めるため
に、レーザ媒質部の体積を増加させて、ビーム径を大き
くしていたので、レーザ共振器よシ取シ出したビームを
一対の凹凸面鏡を用いて縮小し、比較的低出力レーザ装
置と同等の小口径ビームを発生する構造としている。第
１図は、このビーム縮小器を兼ねそなえた加工装置であ
る。
に、レーザ媒質部の体積を増加させて、ビーム径を大き
くしていたので、レーザ共振器よシ取シ出したビームを
一対の凹凸面鏡を用いて縮小し、比較的低出力レーザ装
置と同等の小口径ビームを発生する構造としている。第
１図は、このビーム縮小器を兼ねそなえた加工装置であ
る。
第１図において、レーザ共振器１よシ矢印２の方向に放
出されたレーザビーム３は、ビーム縮小器を構成してい
る球凹面鏡４と原画面鏡５で矢印６の方向のビーム７を
経て矢印８の方向のビーム９に縮小される。平面鏡１０
によってビーム９に対し下側に方向変更されたビーム１
１は、メニスカスレンズ１２を透過してビーム１３の如
く集光され、加工物１４に照射され、切断または溶づｉ
等の加工に用いられる。１５，１６，１７．ＩＺ、およ
び１９は各々、ビーム３のａ点、ビーム７のｂ点、ビー
ム９の０点、ビーム１１のｄ点およびビーム１３のｅ点
における光軸に直交する断面である。
出されたレーザビーム３は、ビーム縮小器を構成してい
る球凹面鏡４と原画面鏡５で矢印６の方向のビーム７を
経て矢印８の方向のビーム９に縮小される。平面鏡１０
によってビーム９に対し下側に方向変更されたビーム１
１は、メニスカスレンズ１２を透過してビーム１３の如
く集光され、加工物１４に照射され、切断または溶づｉ
等の加工に用いられる。１５，１６，１７．ＩＺ、およ
び１９は各々、ビーム３のａ点、ビーム７のｂ点、ビー
ム９の０点、ビーム１１のｄ点およびビーム１３のｅ点
における光軸に直交する断面である。
レーザ共振器１よシ最初に放出されるビーム３の断面１
５は、円形であるが、球凹面鏡４および球凸面鏡５によ
って折シ返し縮小すると、その折シ返し角度θ１．θ２
が大きくなるにつれて球面鏡による球面収差が大きくな
シ、断面１６．断面１７の如く、次第に、いびつの著し
い楕円形となシ、集束性の悪いビーム９，１１となる。
５は、円形であるが、球凹面鏡４および球凸面鏡５によ
って折シ返し縮小すると、その折シ返し角度θ１．θ２
が大きくなるにつれて球面鏡による球面収差が大きくな
シ、断面１６．断面１７の如く、次第に、いびつの著し
い楕円形となシ、集束性の悪いビーム９，１１となる。
メ；・スカスレンズは、ビーム１３の集光過程において
、球面収差を少なくする作用をするが、ビーム縮小器の
光路折シ返しによシ発生した球面収差は補正することは
できない。従って、加工物１４上ｅ（焦点を結んだビー
ム１３の断面１９は断面１８２はｔ丁相似形に縮小した
集束性の悪い楕円形となる。
、球面収差を少なくする作用をするが、ビーム縮小器の
光路折シ返しによシ発生した球面収差は補正することは
できない。従って、加工物１４上ｅ（焦点を結んだビー
ム１３の断面１９は断面１８２はｔ丁相似形に縮小した
集束性の悪い楕円形となる。
以上、述べた如く、従来は、メニスカスレンズや放物面
反射鏡を用いれば、集光時における球面収差を小さくで
きるが、メニスカスレンズは材料の熱的特性によシ数ｋ
Ｗ以上の高出力レーザ装置には適用不可能であシ、また
、放物面反射鏡は製作困難で高価格でおる。その上、高
出力レーザ装置では、不可欠でおるビーム縮小器の光路
折シ返しによシ発生する球面収差は補正することができ
ないという欠点がめった。
反射鏡を用いれば、集光時における球面収差を小さくで
きるが、メニスカスレンズは材料の熱的特性によシ数ｋ
Ｗ以上の高出力レーザ装置には適用不可能であシ、また
、放物面反射鏡は製作困難で高価格でおる。その上、高
出力レーザ装置では、不可欠でおるビーム縮小器の光路
折シ返しによシ発生する球面収差は補正することができ
ないという欠点がめった。
本発明の目的は、集束性のよいビーム集光装置を具備し
たレーザ用光学装置を提供することにある。
たレーザ用光学装置を提供することにある。
本発明は、この球面収差を逆に利用して、球面鏡によシ
折シ返し光路変更を、少なくとも２回５ｓ）施し、１回
目の球面収差を、２回目の球面収差で補正しようとする
ものである。すなわち、１回目の光路変更用球面鏡への
人、反射光軸を含む平面と２回目の集光のための光路変
更用球面鏡への人、反射光軸を含む平面が直交し、かつ
１、各々の人、反射光軸間の角度を選定することによっ
て、集束性のよい円形ビームとし、前記の目的を達成す
るものである。
折シ返し光路変更を、少なくとも２回５ｓ）施し、１回
目の球面収差を、２回目の球面収差で補正しようとする
ものである。すなわち、１回目の光路変更用球面鏡への
人、反射光軸を含む平面と２回目の集光のための光路変
更用球面鏡への人、反射光軸を含む平面が直交し、かつ
１、各々の人、反射光軸間の角度を選定することによっ
て、集束性のよい円形ビームとし、前記の目的を達成す
るものである。
以下、本発明の実施例を第２図、第３図により説明する
。第２図および第３図は、前記の第【図と同様、高出力
レーザ装置としては、一般的に用いられているビーム縮
小器を兼ねそなえた加ゴー装置である。
。第２図および第３図は、前記の第【図と同様、高出力
レーザ装置としては、一般的に用いられているビーム縮
小器を兼ねそなえた加ゴー装置である。
第２図において、レーザ共振器１よシ放出されたビーム
３は、球凹面鏡４および球凸面鏡５によって折シ返し縮
小され、ビーム９となる。このビーム９は平面鏡２０に
よってビーム２１のごとく、上に方向変更され、集光用
球凹面鏡２２を折９返し、ビーム２３のごとく集光され
加工物１４に照射される。ここで、縮小用ビームの光軸
で構成される平面と集光用ビームで構成される平面、す
なわチ、ビーム３、ビーム７およびビーム９のテ軸で構
成される平面とビーム９、ビーム２１およびビーム２３
で構成される平面は、直交するように、平面鏡２０、球
凹面鏡２２を配置し、かつ、ビーム２３が球凹面鏡２２
の折シ返し球面収差作用によって出来る楕円の長径と短
径の比がビーム９の断面１７（楕円）の長径と短径の比
とほぼ等しくなるようにビーム２１とビーム２３の光軸
開角度θ３を設定する。
３は、球凹面鏡４および球凸面鏡５によって折シ返し縮
小され、ビーム９となる。このビーム９は平面鏡２０に
よってビーム２１のごとく、上に方向変更され、集光用
球凹面鏡２２を折９返し、ビーム２３のごとく集光され
加工物１４に照射される。ここで、縮小用ビームの光軸
で構成される平面と集光用ビームで構成される平面、す
なわチ、ビーム３、ビーム７およびビーム９のテ軸で構
成される平面とビーム９、ビーム２１およびビーム２３
で構成される平面は、直交するように、平面鏡２０、球
凹面鏡２２を配置し、かつ、ビーム２３が球凹面鏡２２
の折シ返し球面収差作用によって出来る楕円の長径と短
径の比がビーム９の断面１７（楕円）の長径と短径の比
とほぼ等しくなるようにビーム２１とビーム２３の光軸
開角度θ３を設定する。
このような構成にすれば、球凹面鏡４と球凸面鏡５で縮
小され平面鏡２０で方向変更されて、点ｆの断面２４の
ような楕円に変歪されたビーム２１は、集光用球凹面鏡
２２で折シ返し球面収差作用によって、楕円の長径側が
短くなυ、また短径側が長くなって、加工物１４におい
てＸ−Ｙの実像が等しい断面２５のような集束性のよい
円形ビームとなる。
小され平面鏡２０で方向変更されて、点ｆの断面２４の
ような楕円に変歪されたビーム２１は、集光用球凹面鏡
２２で折シ返し球面収差作用によって、楕円の長径側が
短くなυ、また短径側が長くなって、加工物１４におい
てＸ−Ｙの実像が等しい断面２５のような集束性のよい
円形ビームとなる。
また、第３図は集光用球凹面鏡を２枚組合せた場合の実
施例である。ビーム縮小器よシ放出されたビーム９は、
平面鏡１０によって下に方向変更してビーム１１となる
。ビーム１１は球凹面鏡２６と球凹面鏡２８によシビー
ム２７、ビーム２９と折り返し集光され加工物１４に照
射される。
施例である。ビーム縮小器よシ放出されたビーム９は、
平面鏡１０によって下に方向変更してビーム１１となる
。ビーム１１は球凹面鏡２６と球凹面鏡２８によシビー
ム２７、ビーム２９と折り返し集光され加工物１４に照
射される。
ここで、ビーム３、ビーム７およびビーム９の縮小用ビ
ーム光軸で構成される平面とビーム９、ビーム１１、ビ
ーム２７およびビーム２９の集光用ビーム光軸で構成さ
れる平面は直交するよう、平面鏡１０、球凹面鏡２６．
２８を配置し、かつ、ビーム１１が球゛凹面鏡２６およ
び２８の２回の折り返し球面収差作用によって出来る楕
円の長径と短径の比が、ビーム１１の断面１８の楕円の
長径と短径の比とほぼ等しくなるように、ビーム１１と
ビーム２７の光軸開角度θ４、ビーム２７とビーム２９
の光軸開角度θ６を設定する。前述のように、縮小用お
よび集光用反射鏡を配置し設定すれば、ビーム縮小器よ
シ放出されたビーム９の断面１７は、平面鏡ｌＯによっ
て方向変更され、ビーム１１の断面１８の如く楕円の長
径と短径が逆転する（ｙ軸〉Ｘ軸→Ｘ軸〉ｙ軸）。ビー
ム１１は球凹面鏡２６と球凹面鏡２Ｂの２回の折シ返し
球面収差作用によって、楕円の長径側が短くなシ、また
、短径側が長くなって加工物１４において断面３１のよ
うな集束性のよい円形ビームとなる。
ーム光軸で構成される平面とビーム９、ビーム１１、ビ
ーム２７およびビーム２９の集光用ビーム光軸で構成さ
れる平面は直交するよう、平面鏡１０、球凹面鏡２６．
２８を配置し、かつ、ビーム１１が球゛凹面鏡２６およ
び２８の２回の折り返し球面収差作用によって出来る楕
円の長径と短径の比が、ビーム１１の断面１８の楕円の
長径と短径の比とほぼ等しくなるように、ビーム１１と
ビーム２７の光軸開角度θ４、ビーム２７とビーム２９
の光軸開角度θ６を設定する。前述のように、縮小用お
よび集光用反射鏡を配置し設定すれば、ビーム縮小器よ
シ放出されたビーム９の断面１７は、平面鏡ｌＯによっ
て方向変更され、ビーム１１の断面１８の如く楕円の長
径と短径が逆転する（ｙ軸〉Ｘ軸→Ｘ軸〉ｙ軸）。ビー
ム１１は球凹面鏡２６と球凹面鏡２Ｂの２回の折シ返し
球面収差作用によって、楕円の長径側が短くなシ、また
、短径側が長くなって加工物１４において断面３１のよ
うな集束性のよい円形ビームとなる。
第２図および第３図の球凹面＠４と原曲面鏡５で構成し
ているビーム縮小器をレーザ共振器１内に配置しても、
前述と同一効果を有する。
ているビーム縮小器をレーザ共振器１内に配置しても、
前述と同一効果を有する。
このように、本実施例によれば、ビーム縮小器よシ放出
されたビームが、変歪の著しい楕円形のものでも、集光
用球凹面鏡の配置を、前述の条件に設定し、球面収差を
補正すれば、加工物面での集光ビームスポットを小さく
できるという効果がある。
されたビームが、変歪の著しい楕円形のものでも、集光
用球凹面鏡の配置を、前述の条件に設定し、球面収差を
補正すれば、加工物面での集光ビームスポットを小さく
できるという効果がある。
本発明によれば、平面鏡および球面鏡で構成した集束性
のよいレーザ集光装置を提供することができるので、安
価で、加工性能のよい高出力レーザ加工装置ができると
いう効果がある。
のよいレーザ集光装置を提供することができるので、安
価で、加工性能のよい高出力レーザ加工装置ができると
いう効果がある。
第１図は従来のレーザ加工装置の構成を示す斜
（ｌ□視図、第２図および第３図は本発明の実施
例であるレーザ加工装置の構成を示す斜視図である。 １・・・レーザ共振器、３，７，９，１１，１２゜２１
．２３，２７．２９・・・レーザビーム、４・・・縮小
用球凹面鏡、５・・・縮小剛球凸面鏡、１０．２０・・
・平面鏡、１２・・・メニスカスレンズ、１４・・・加
工物、１５〜１９．２４，３０．３１・・・ビー詰所面
、２２．２６．２８・・・集光用球凹面鏡。 代理人 弁理士 高橋明夫 ￥１図 ７２図 Ｖ３図
（ｌ□視図、第２図および第３図は本発明の実施
例であるレーザ加工装置の構成を示す斜視図である。 １・・・レーザ共振器、３，７，９，１１，１２゜２１
．２３，２７．２９・・・レーザビーム、４・・・縮小
用球凹面鏡、５・・・縮小剛球凸面鏡、１０．２０・・
・平面鏡、１２・・・メニスカスレンズ、１４・・・加
工物、１５〜１９．２４，３０．３１・・・ビー詰所面
、２２．２６．２８・・・集光用球凹面鏡。 代理人 弁理士 高橋明夫 ￥１図 ７２図 Ｖ３図
Claims (1)
- １、レーザ光を球凹面鏡と原画面鏡とを介して被加工物
に焦束性レーザ光を照射するものにおいて、原画面鏡と
被加工物との間に入射光と反射光とのなす平面が直交す
るように少なくとも２枚の球面鏡を配置することを特徴
とするレーザ用光学装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58097863A JPS59223407A (ja) | 1983-06-03 | 1983-06-03 | レ−ザ用光学装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58097863A JPS59223407A (ja) | 1983-06-03 | 1983-06-03 | レ−ザ用光学装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59223407A true JPS59223407A (ja) | 1984-12-15 |
Family
ID=14203586
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58097863A Pending JPS59223407A (ja) | 1983-06-03 | 1983-06-03 | レ−ザ用光学装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59223407A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0371781A2 (en) * | 1988-12-01 | 1990-06-06 | Coherent, Inc. | High power laser with focusing mirror sets |
-
1983
- 1983-06-03 JP JP58097863A patent/JPS59223407A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0371781A2 (en) * | 1988-12-01 | 1990-06-06 | Coherent, Inc. | High power laser with focusing mirror sets |
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