JP2748853B2 - Beam expander, optical system and laser processing device - Google Patents
Beam expander, optical system and laser processing deviceInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】レーザビーム出力の極端な不均一
性を補正するビームエキスパンダおよびそのビームエキ
スパンダを適用したレーザ加工装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a beam expander for correcting an extremely nonuniform laser beam output and a laser processing apparatus to which the beam expander is applied.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来のビームエキスパンダは、図１１に
示すように２つのレンズブロック３０、３１を有し、入
射されるレーザ光の径を単に拡大するだけのものであっ
た。2. Description of the Related Art A conventional beam expander has two lens blocks 30 and 31 as shown in FIG. 11, and merely enlarges the diameter of an incident laser beam.
【０００３】この従来のビームエキスパンダを適用した
一般的なスキャニング型レーザマーカについて、図１０
を参照して説明する。FIG. 10 shows a general scanning type laser marker to which this conventional beam expander is applied.
This will be described with reference to FIG.
【０００４】従来のスキャニング型レーザマーカは、Ｎ
ｄ：ＹＡＧレーザ発振器１６から出射されたレーザ光を
ビームエキスパンダ２６に導く導光ミラー２５と、前記
導光ミラー２５により導かれたレーザ光の径を拡大する
前記ビームエキスパンダ２６と、対応するガルバノメー
タ２７により駆動され、前記ビームエキスパンダ２６に
より拡大されたレーザ光を反射する２つの回転ミラー２
８と、この反射されたレーザ光を２次元面内でスキャン
するｆθレンズ２９とを有する。[0004] A conventional scanning laser marker is N
d: A light guide mirror 25 for guiding the laser light emitted from the YAG laser oscillator 16 to the beam expander 26, and the beam expander 26 for expanding the diameter of the laser light guided by the light guide mirror 25. Two rotating mirrors 2 driven by the galvanometer 27 and reflecting the laser beam expanded by the beam expander 26
8 and an fθ lens 29 that scans the reflected laser light in a two-dimensional plane.
【０００５】この従来のレーザマーカでは、Ｎｄ：ＹＡ
Ｇレーザ発振器１６から出射される連続発振のレーザ光
または、このレーザ光をＱスイッチでパルス化したレー
ザ光が、導光ミラー２５により導かれて、ビームエキス
パンダ２６に入射され、次に、前記ビームエキスパンダ
２６において、径が拡大された前記レーザ光は、２つの
ガルバノメータ２７によって駆動される回転ミラー２８
およびｆθレンズ２９で２次元面内に位置決めされた
後、スキャンすることにより被加工物上にマーキングを
行っていた。In this conventional laser marker, Nd: YA
Continuous-wave laser light emitted from the G laser oscillator 16 or laser light obtained by pulsing this laser light with a Q switch is guided by a light guide mirror 25 and is incident on a beam expander 26. In the beam expander 26, the laser beam having the enlarged diameter is supplied to a rotating mirror 28 driven by two galvanometers 27.
After being positioned in a two-dimensional plane by the fθ lens 29 and scanning, marking is performed on the workpiece.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】パワー密度分布がガウ
ス関数で与えられるレーザのビームは、中心部が周辺部
よりもパワー密度が高いので、このビームを用いた従来
のレーザマーカでは、レーザビームをスキャンして連ね
ていって、１本の線を描くと線の中心部が周辺部と比較
して深く加工され、加工の均一性やエッジのシャープさ
が得られなかった。Since a laser beam whose power density distribution is given by a Gaussian function has a higher power density at the center than at the periphery, a conventional laser marker using this beam scans the laser beam. When a single line was drawn, the central portion of the line was processed deeper than the peripheral portion, and uniformity of processing and sharpness of the edge could not be obtained.
【０００７】また、上記問題点を解決するためにホモジ
ナイザを用いてビームのパワー密度を均一化する方法も
あるが、装置が大きくなるという問題点がある。In order to solve the above problem, there is a method of using a homogenizer to make the beam power density uniform, but there is a problem that the apparatus becomes large.
【０００８】また、入射するレーザビームの中心部の透
過率を小さくするようにコーティングされたフィルタを
用いる方法や、レーザ光の光軸上に、レーザビームの特
にパワーが高い真ん中の部分を通過させないようにマス
クを配置する方法もあるが、どちらも、レーザ光の一部
を反射させるために、ビームパワーの損失や、戻り光の
処理が必要であるという問題点がある。Further, a method using a filter coated so as to reduce the transmittance of the central portion of the incident laser beam, or a method in which a laser beam having a particularly high power on the optical axis is not passed on the optical axis of the laser beam. There is a method of arranging a mask as described above, but both have a problem that a part of the laser light is reflected, a loss of beam power is required, and a process of returning light is required.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明のビームエキスパンダは、入射されるレー
ザ光の径を拡大して出射する第一のビーム拡大部と、前
記ビーム拡大部から出射されたレーザ光のうち周辺部分
のレーザ光の径のみを縮小する周辺部ビーム縮小部とを
有する。In order to solve the above-mentioned problems, a beam expander according to the present invention comprises a first beam expanding section for expanding the diameter of an incident laser beam and emitting the laser beam; And a peripheral beam reduction unit that reduces only the diameter of the laser light in the peripheral portion of the laser light emitted from the unit.
【００１０】さらには、前記第一のビーム拡大部から出
射されたレーザ光の一部を周辺方向にシフトする反射ミ
ラーブロックを有する。Further, there is provided a reflection mirror block for shifting a part of the laser beam emitted from the first beam expanding section in a peripheral direction.
【００１１】または、入射されるレーザ光をその光軸中
心から周辺にいくに従って連続的に拡大率が小さくなる
ように拡大して出射する第二のビーム拡大部と、前記第
二のビーム拡大部から出射されたレーザ光を平行光線に
変換する平行ビーム変換部とを有する。Alternatively, a second beam expanding portion for expanding the incident laser light continuously from the optical axis center to the periphery so as to reduce the expansion ratio and emitting the light, and the second beam expanding portion. And a parallel beam conversion unit that converts the laser beam emitted from the laser beam into a parallel light beam.
【００１２】[0012]
【実施例】次に、本発明のビームエキスパンダの第一の
実施例について図１、図２および図３を参照して詳細に
説明する。Next, a first embodiment of the beam expander according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1, 2 and 3. FIG.
【００１３】図１は、第一の実施例の構成を示す図であ
り、図２は、図１における反射ミラーブロックを示す斜
視図であり、図３は、図２の反射ミラーブロックを構成
する第一のミラーブロックを示す図であり、図４は、図
２の反射ミラーブロックを構成する第二のミラーブロッ
クを示す図であり、図５は、第一の実施例におけるレー
ザビームのパワー密度分布の変換を示す図である。FIG. 1 is a view showing the structure of the first embodiment, FIG. 2 is a perspective view showing the reflection mirror block in FIG. 1, and FIG. 3 is a view showing the reflection mirror block in FIG. FIG. 4 is a diagram showing a first mirror block, FIG. 4 is a diagram showing a second mirror block constituting the reflection mirror block of FIG. 2, and FIG. 5 is a power density of a laser beam in the first embodiment. It is a figure which shows conversion of distribution.
【００１４】この第一の実施例におけるビームエキスパ
ンダは、ビーム拡大部１、反射ミラーブロック２、周辺
部ビーム縮小部５および外筒７を備えている。ビーム拡
大部１は、入射したレーザ光６の径を拡大する。反射ミ
ラーブロック２は、前記ビーム拡大部１において拡大さ
れたレーザ光６の一部を周辺部分に導き、さらに、その
周辺部に導かれた前記レーザ光６の一部を周辺部ビーム
縮小部５に入射させる。前記周辺部ビーム縮小部５は、
前記ビーム拡大部１において径が拡大されたレーザ光６
のうち中心部分のレーザ光６は拡大されたまま出射さ
せ、周辺部のレーザ光６は径を縮小させて出射させる。
外筒７は、円筒形をしており、前記ビーム拡大部１、反
射ミラーブロック２および周辺部ビーム縮小部５をその
内部で固定する。The beam expander according to the first embodiment includes a beam expanding unit 1, a reflecting mirror block 2, a peripheral beam reducing unit 5, and an outer cylinder 7. The beam expanding section 1 expands the diameter of the incident laser light 6. The reflection mirror block 2 guides a part of the laser light 6 expanded in the beam expanding unit 1 to a peripheral portion, and further transfers a part of the laser light 6 guided to the peripheral portion to a peripheral beam reducing unit 5. Incident on The peripheral beam reduction unit 5 includes:
The laser beam 6 whose diameter has been expanded in the beam expanding section 1
The laser light 6 in the central portion is emitted while being enlarged, and the laser light 6 in the peripheral portion is emitted with a reduced diameter.
The outer cylinder 7 has a cylindrical shape, and fixes the beam expanding section 1, the reflecting mirror block 2 and the peripheral beam reducing section 5 therein.
【００１５】図２に示すように、前記反射ミラーブロッ
ク２は、輪切りにした円錐形でその表面に入射側ミラー
３を有する第一のミラーブロック８と、その外側に同様
に輪切りにした円錐形をし、その裏面に出射側ミラー４
を有する第二のミラーブロック９とを有し、入射したレ
ーザ光６の中心部分および周辺部分はそのまま透過さ
せ、一部分のレーザ光６を前記入射側ミラー３に反射さ
せて周辺部に導き、さらに、前記出射側ミラー４で反射
させて前記周辺ビーム縮小部５に入射させる。また、こ
の反射ミラーブロック２は、前記入射側ミラー３の部分
を除き、入射されるレーザ光６を透過するようにその入
射面には無反射コーティングが施されている。As shown in FIG. 2, the reflection mirror block 2 has a circular mirror section, a first mirror block 8 having an incident side mirror 3 on its surface, and a circular mirror section on the outside thereof. And the output side mirror 4
And a central part and a peripheral part of the incident laser light 6 are transmitted as it is, a part of the laser light 6 is reflected by the incident side mirror 3 and guided to the peripheral part. Then, the light is reflected by the emission side mirror 4 and is incident on the peripheral beam reduction unit 5. The reflection surface of the reflection mirror block 2 is coated with an anti-reflection coating so as to transmit the incident laser beam 6 except for the incident side mirror 3.
【００１６】次に、本実施例の動作について説明する。Next, the operation of this embodiment will be described.
【００１７】ＴＥＭ00モードで発振し、ガウス分布を示
すパワー密度を有するシングルモードのレーザ光６また
は、ビーム中心部分のパワー密度が特に大きく発振して
いるマルチモードのレーザ光６をビーム拡大部１に入射
させる。A single mode laser beam 6 oscillating in the TEM00 mode and having a power density showing a Gaussian distribution, or a multimode laser beam 6 oscillating with a particularly large power density at the center of the beam is supplied to the beam expanding section 1. Make it incident.
【００１８】次に、この入射されたレーザ光６は前記ビ
ーム拡大部１においてその径がｍ倍に拡大され、反射ミ
ラーブロック２に入射される。Next, the diameter of the incident laser light 6 is expanded by a factor of m in the beam expanding section 1 and is incident on the reflection mirror block 2.
【００１９】次に、レーザ光６ａおよびレーザ光６ｃ
は、前記ビーム拡大部１で径がｍ倍に拡大された後、そ
のまま前記反射ミラーブロック２を透過し、周辺部ビー
ム縮小部５に入射される。レーザ光６ｂは、前記ビーム
拡大部１で径がｍ倍に拡大された後、前記反射ミラーブ
ロック２の入射側ミラー３で反射され、周辺部に導かれ
た後、出射側ミラー４で反射され、前記周辺部ビーム縮
小部５に入射される。Next, the laser beam 6a and the laser beam 6c
Is transmitted through the reflection mirror block 2 as it is, and then enters the peripheral beam reduction unit 5. The laser beam 6b is reflected by the incident side mirror 3 of the reflection mirror block 2 after being expanded to m times in diameter by the beam expansion section 1, guided to the periphery, and then reflected by the exit side mirror 4. , And enters the peripheral beam reduction unit 5.
【００２０】次に、前記周辺部ビーム縮小部５に入射さ
れたレーザ光６ａは、前記ビーム拡大部１で径がｍ倍に
拡大された状態で出射され、レーザ光６ｂおよびレーザ
光６ｃは、前記周辺部ビーム縮小部５においてその径が
１／ｎに縮小されて出射される。Next, the laser beam 6a incident on the peripheral beam reducing section 5 is emitted in a state where the diameter is enlarged by m times by the beam expanding section 1, and the laser beam 6b and the laser beam 6c are The diameter is reduced to 1 / n in the peripheral beam reducing section 5 and the beam is emitted.
【００２１】ここで、ｍ＞ｎ＞１とし、周辺部における
レーザ光６に対するトータルのビーム拡大率も１より大
きくする。Here, m>n> 1, and the total beam expansion ratio for the laser beam 6 in the peripheral portion is also set to be larger than 1.
【００２２】また、レーザ光６ｃはビームの一部分が途
中で前記反射ミラーブロック２の出射側ミラー４を有す
る第二のミラーブロック９などに当たるが、この第二の
ミラーブロック９の表面がレーザ光６の入射方向からの
ビームは透過させるようにコーティングされているので
影響はない。A part of the laser beam 6c impinges on the second mirror block 9 having the exit side mirror 4 of the reflection mirror block 2 on the way, and the surface of the second mirror block 9 There is no effect since the beam from the incident direction is coated so as to transmit.
【００２３】本実施例の動作例としてｍ＝８、ｎ＝２と
した場合、入射されたレーザ光の中心部分のビームは８
倍に拡大されるが、周辺部分のビームは４倍にしか拡大
されない。したがって、中心部分のパワー密度の周辺部
分のパワー密度に対する割合は、本ビームエキスパンダ
を通ることにより、相対的に１／４に下げられる。When m = 8 and n = 2 as an operation example of the present embodiment, the beam at the center of the incident laser light is 8
Although it is doubled, the beam at the periphery is only expanded four times. Therefore, the ratio of the power density of the central portion to the power density of the peripheral portion is relatively reduced to １ ／ by passing through the beam expander.
【００２４】次に、ｘｙ平面では（式１）で表されるガ
ウス分布のパワー密度関数Ｐを持つレーザ光が本実施例
のビームエキスパンダに入射された場合にこのビームエ
キスパンダから出射されるレーザ光のパワー密度関数に
ついて説明する。Next, in the xy plane, when a laser beam having a power density function P of Gaussian distribution represented by (Equation 1) is incident on the beam expander of this embodiment, it is emitted from the beam expander. The power density function of laser light will be described.
【００２５】 [0025]
【００２６】ここで、Here,
【００２７】 [0027]
【００２８】とおく。Here,
【００２９】さらに、中心部と周辺部との境界のドーナ
ッツ状の部分の内径をｇ、外径をｈとし、また、この部
分は反射ミラーブロック２によってパワー位置が周辺部
の方にシフトされるが、そのシフトする量をｓ（ｓは反
射ミラーブロック内の入射側ミラー３および出射側ミラ
ー４間の距離に比例）とすると、ビームエキスパンダの
出射面でのレーザ光のパワー密度関数は、以下のように
なる。 （１） ０≦ｒ＜ｇの範囲で Further, the inner diameter of the donut-shaped portion at the boundary between the central portion and the peripheral portion is denoted by g , the outer diameter is denoted by h, and the power position of this portion is shifted by the reflecting mirror block 2 toward the peripheral portion. However, assuming that the shift amount is s (s is proportional to the distance between the entrance mirror 3 and the exit mirror 4 in the reflection mirror block), the power density function of the laser beam on the exit surface of the beam expander is It looks like this: (1) In the range of 0 ≦ r <g
【００３０】 [0030]
【００３１】（２） ｇ≦ｒ＜ｇ＋ｓ、ｈ＋ｓ≦ｒの範
囲で (2) The range of g ≦ r <g + s, h + s ≦ r
Around
【００３２】 [0032]
【００３３】（３） ｇ＋ｓ≦ｒ＜ｈ＋ｓの範囲で (3) In the range of g + s ≦ r <h + s
【００３４】 [0034]
【００３５】なお、ビームを分割した境界が開口となる
ために、分割された出射ビームの各部分では空間周波数
の低周波数は遮断され、図５のパワー密度分布１１に示
すようなレーザ出力を得る。Since the boundary between the split beams becomes an aperture, the low spatial frequency is cut off at each portion of the split output beam, and a laser output as shown in the power density distribution 11 of FIG. 5 is obtained. .
【００３６】次に、本発明の第二の実施例について図面
を参照して詳細に説明する。Next, a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
【００３７】図６は第二の実施例の構成を示す図であ
り、図７は第二の実施例におけるレーザビームのパワー
密度分布の変換を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the second embodiment, and FIG. 7 is a diagram showing the conversion of the power density distribution of the laser beam in the second embodiment.
【００３８】この第二の実施例におけるビームエキスパ
ンダは、ビーム拡大部１２および平行ビーム変換部１３
を備える。ビーム拡大部１２は、中心から周辺にいくに
したがって、入射されるレーザ光１４に対する屈折率が
連続的に小さくなっていく特性を有し、入射されるレー
ザ光１４の径を拡大する。平行ビーム変換部１３は、前
記ビーム拡大部１２により径が拡大されたレーザ光１４
を平行ビームに変換する。The beam expander according to the second embodiment comprises a beam expander 12 and a parallel beam converter 13
Is provided. The beam expanding section 12 has a characteristic that the refractive index with respect to the incident laser light 14 continuously decreases from the center to the periphery, and enlarges the diameter of the incident laser light 14. The parallel beam conversion unit 13 is a laser beam 14 whose diameter has been expanded by the beam expansion unit 12.
To a parallel beam.
【００３９】ここで、前記ビーム拡大部１２は、入射側
に凹レンズ、出射側に凸レンズを有し、前記凹レンズ
は、光を屈折させる要因であるガラス中のイオン分布
を、同心円状に外側にいくにしたがって、密度が薄くな
るように分極率の小さいイオンに交換し、中心部には分
極率の大きいイオンを多く配して、その部分の屈折率を
大きくしてある。また、このガラスを作成する際、所定
の二次関数で屈折率が分布するように、イオン注入の時
間およびイオン濃度を調整する。Here, the beam expanding section 12 has a concave lens on the entrance side and a convex lens on the exit side. The concave lens concentrically moves the ion distribution in the glass, which is a factor for refracting light, outward. Accordingly, ions having a small polarizability are exchanged so as to decrease the density, and a large number of ions having a large polarizability are arranged at the central portion to increase the refractive index at that portion. Further, when producing this glass, the ion implantation time and the ion concentration are adjusted so that the refractive index is distributed by a predetermined quadratic function.
【００４０】次に、第二の実施例の動作について図面を
参照して説明する。Next, the operation of the second embodiment will be described with reference to the drawings.
【００４１】ビーム拡大部１２に入射されたＮｄ：ＹＡ
Ｇレーザ光１４は、中心部が周辺部よりも連続的により
大きく拡大されて出射される。このビーム拡大部１２に
おいて拡大されたレーザ光１４は、平行ビーム変換部１
３に入射され、平行ビームに変換されて出射される。Nd: YA incident on beam expanding section 12
The G laser light 14 is emitted with its central portion continuously and greatly enlarged as compared with the peripheral portion. The laser beam 14 expanded in the beam expanding section 12 is transmitted to the parallel beam converting section 1.
3 and is converted into a parallel beam and emitted.
【００４２】ここで、前記ビーム拡大部１２における屈
折率の値を、ビームエキスパンダの拡大倍率の値ｚに換
算した場合、Here, when the value of the refractive index in the beam expander 12 is converted into the value z of the magnification of the beam expander,
【００４３】 [0043]
【００４４】となるように設計する。Is designed so that
【００４５】ただし、上記値ｚは、レーザ光の光軸の中
心を原点とし、レーザ光の進行方向に垂直な平面をｘ−
ｙ平面とし、この面を入射面として、その面上の各点
（ｘ，ｙ）に対するビームエキスパンダの倍率値とす
る。However, the above-mentioned value z is defined by a plane perpendicular to the direction of travel of the laser light, with the origin at the center of the optical axis of the laser light.
The y-plane is defined as a plane of incidence, and the magnification value of the beam expander for each point (x, y) on the plane is defined.
【００４６】このときガウス分布のパワー密度関数を有
するレーザ光に対しては、入射面上での各点（ｘ，ｙ）
に対応する点でのレーザビームのパワー密度関数は、ビ
ームエキスパンダの倍率の二乗に反比例するので、ビー
ムエキスパンダのレーザビーム出射面では、At this time, for a laser beam having a Gaussian power density function, each point (x, y)
Since the power density function of the laser beam at the point corresponding to is inversely proportional to the square of the magnification of the beam expander, at the laser beam exit surface of the beam expander,
【００４７】 [0047]
【００４８】となる。Is as follows.
【００４９】この関数は、原点で極小値ｑをとり、This function takes a local minimum q at the origin,
【００５０】 [0050]
【００５１】で極大値At the local maximum
【００５２】 [0052]
【００５３】をとる。この値は、Is taken. This value is
【００５４】 [0054]
【００５５】のときは必ずｑよりも大きい。In this case, the value is always larger than q.
【００５６】したがって、この第二の実施例では、図７
のパワー密度分布１５に示すようなレーザ出力を得る。Therefore, in the second embodiment, FIG.
A laser output as shown in the power density distribution 15 of FIG.
【００５７】次に、本発明のビームエキスパンダを適用
したレーザマーカおよびレーザトリミング装置について
図面を参照して説明する。Next, a laser marker and a laser trimming device to which the beam expander of the present invention is applied will be described with reference to the drawings.
【００５８】図８は本発明のビームエキスパンダを含む
光学系を適用したスキャニング型レーザマーカの構成を
示す図であり、本発明のレーザマーカは、レーザ光２１
を出射するＱスイッチを有するＮｄ：ＹＡＧレーザ発振
器１６と、そのレーザ発振器１６から出射されたパワー
密度がガウス関数型であるレーザ光２１を図５または図
７に示すパワー密度分布を有するレーザ光２２に変換す
る本発明の第一の実施例または第二の実施例の構成を有
するビームエキスパンダを含む光学系１７と、そのレー
ザ光２２が照射されることによりマーキングされる被加
工物１８を載せる載物台１９と、前記レーザ発振器１６
の出力および前記光学系１７（ガルバノメータ等）の駆
動を制御する制御部２０とを有する。FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a scanning laser marker to which an optical system including a beam expander according to the present invention is applied.
An Nd: YAG laser oscillator 16 having a Q switch for emitting light, and a laser beam 21 having a power density distribution shown in FIG. 5 or FIG. An optical system 17 including a beam expander having the configuration of the first embodiment or the second embodiment of the present invention, and a workpiece 18 to be marked by being irradiated with the laser beam 22 are placed. The stage 19 and the laser oscillator 16
And a controller 20 for controlling the output of the optical system 17 and the driving of the optical system 17 (such as a galvanometer).
【００５９】ここで、前記光学系１７は、大部分が前述
の従来技術の欄で図１１を参照して説明した構成と同様
で、ビームエキスパンダ２６の部分に本発明のビームエ
キスパンダが適用されているためその構成の説明は省略
する。Here, the optical system 17 has almost the same configuration as that described with reference to FIG. 11 in the section of the prior art, and the beam expander of the present invention is applied to the beam expander 26. Therefore, the description of the configuration is omitted.
【００６０】次に、本発明のスキャニング型レーザマー
カの動作について図８を参照して説明する。Next, the operation of the scanning laser marker of the present invention will be described with reference to FIG.
【００６１】前記レーザ発振器１６から出射されたパワ
ー密度がガウス分布を示すレーザ光２１は、光学系１７
において、図５または図７に示すパワー密度分布１１ま
たは１５を有するレーザ光２２に変換される。このレー
ザ光２２を載物台１９上に設置された被加工物１８上に
照射することにより、この被加工物にマーキングを行
う。The laser beam 21 having a Gaussian distribution of power density emitted from the laser oscillator 16 is applied to the optical system 17.
Is converted into a laser beam 22 having the power density distribution 11 or 15 shown in FIG. 5 or FIG. By irradiating the laser beam 22 onto the workpiece 18 placed on the stage 19, marking is performed on the workpiece.
【００６２】図９は本発明のビームエキスパンダを含む
光学系を適用したレーザトリミング装置の構成を示す図
であり、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ発振器１６、光学系１７お
よび載物台１９は前述のスキャニング型レーザマーカ装
置と同様の構成であり、重複部分の説明は省略する。FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a laser trimming apparatus to which an optical system including a beam expander according to the present invention is applied. The Nd: YAG laser oscillator 16, the optical system 17, and the stage 19 are of the above-mentioned scanning type. The configuration is the same as that of the laser marker device, and the description of the overlapping part is omitted.
【００６３】図９において、ＸＹテーブル２３は、Ｘ軸
方向およびＹ軸方向に駆動して被加工物１８を載せた載
物台１９の位置を動かす。制御部２４は、レーザ発振器
１６の出力、光学系１７（ガルバノメータ等）の駆動お
よび前記ＸＹテーブル２３の駆動を制御する。In FIG. 9, the XY table 23 is driven in the X-axis direction and the Y-axis direction to move the position of the stage 19 on which the workpiece 18 is placed. The control unit 24 controls the output of the laser oscillator 16, the drive of the optical system 17 (such as a galvanometer), and the drive of the XY table 23.
【００６４】[0064]
【発明の効果】以上説明したように、本発明のビームエ
キスパンダは、連続発振のＹＡＧレーザ光または、この
レーザ光を超音波Ｑスイッチでパルス化したレーザ光の
中央部のパワー密度をその周辺の一部分と比較して小さ
いパワー密度となるようにパワー密度分布を変換するこ
とができる。As described above, the beam expander of the present invention uses the continuous-wave YAG laser beam or the laser beam obtained by pulsing this laser beam with the ultrasonic Q switch to determine the power density at the center. The power density distribution can be converted so as to have a smaller power density than a part of the power density.
【００６５】このビームエキスパンダをレーザ加工装置
に適用した場合、加工深さが均一で、エッジの部分がシ
ャープな加工ラインを描くことができる。When this beam expander is applied to a laser processing apparatus, a processing line having a uniform processing depth and a sharp edge can be drawn.
【図１】本発明の第一の実施例の構成を示す図。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a first embodiment of the present invention.
【図２】第一の実施例の反射ミラーブロックを示す斜視
図。FIG. 2 is a perspective view showing a reflection mirror block of the first embodiment.
【図３】反射ミラーブロックの第一のミラーブロックを
示す図。FIG. 3 is a diagram showing a first mirror block of a reflection mirror block.
【図４】反射ミラーブロックの第二のミラーブロックを
示す図。FIG. 4 is a diagram showing a second mirror block of the reflection mirror block.
【図５】第一の実施例により変換されるレーザ光のパワ
ー密度分布を示す図。FIG. 5 is a diagram showing a power density distribution of a laser beam converted by the first embodiment.
【図６】本発明の第二の実施例の構成を示す図。FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a second embodiment of the present invention.
【図７】第二の実施例により変換されるレーザ光のパワ
ー密度分布を示す図。FIG. 7 is a diagram showing a power density distribution of a laser beam converted by the second embodiment.
【図８】本発明のビームエキスパンダを適用したスキャ
ニング型レーザマーカの構成を示す図。FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a scanning laser marker to which the beam expander of the present invention is applied.
【図９】本発明のビームエキスパンダを適用したレーザ
トリミング装置の構成を示す図。FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a laser trimming device to which the beam expander of the present invention is applied.
【図１０】一般的なスキャニング型レーザマーカの光学
系（レーザ発振器を含む）を示す図。FIG. 10 is a diagram showing an optical system (including a laser oscillator) of a general scanning type laser marker.
【図１１】従来のビームエキスパンダの構成を示す図。FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a conventional beam expander.
【符号の説明】 １ ビーム拡大部 ２ 反射ミラーブロック ３ 入射側ミラー ４ 出射側ミラー ５ 周辺部ビーム縮小部 ６ レーザ光 ７ 外筒 ８ 第一のミラーブロック ９ 第二のミラーブロック １０ ガウス分布 １１ パワー密度分布 １２ ビーム拡大部 １３ 平行ビーム変換部 １４ レーザ光 １５ パワー密度分布 １６ レーザ発振器 １７ 光学系 １８ 被加工物 １９ 載物台 ２０ 制御部 ２１ レーザ光 ２２ レーザ光 ２３ ＸＹテーブル ２４ 制御部 ２５ 導光ミラー ２６ ビームエキスパンダ ２７ ガルバノメータ ２８ 回転ミラー ２９ ｆθレンズ ３０、３１ レンズブロック[Explanation of Signs] 1 Beam expanding section 2 Reflecting mirror block 3 Incident side mirror 4 Outgoing side mirror 5 Peripheral beam reducing section 6 Laser beam 7 Outer cylinder 8 First mirror block 9 Second mirror block 10 Gaussian distribution 11 Power Density distribution 12 Beam enlargement unit 13 Parallel beam conversion unit 14 Laser light 15 Power density distribution 16 Laser oscillator 17 Optical system 18 Workpiece 19 Mounting stage 20 Control unit 21 Laser light 22 Laser light 23 XY table 24 Control unit 25 Light guide Mirror 26 Beam expander 27 Galvanometer 28 Rotating mirror 29 fθ lens 30, 31 Lens block
Claims (4)
する第一のビーム拡大部と、 前記ビーム拡大部から出射されたレーザ光のうち周辺部
分のレーザ光の径のみを縮小する周辺部ビーム縮小部と
を有することを特徴とするビームエキスパンダ。A first beam enlarging section for expanding the diameter of an incident laser beam and emitting the same; and a peripheral section for reducing only the diameter of the laser beam in a peripheral portion of the laser light emitted from the beam expanding section. A beam expander comprising: a beam reducing section.
ビーム拡大部により拡大され、次いで、前記周辺部ビー
ム縮小部により縮小される周辺部分のレーザ光の径のト
ータルの拡大率は１よりも大きいことを特徴とする前記
請求項１に記載のビームエキスパンダ。2. The laser beam of the incident laser beam, which is enlarged by the first beam enlarging unit and then reduced by the peripheral beam reducing unit, has a total enlarging ratio of 1 in the diameter of the laser beam. 2. The beam expander according to claim 1, wherein the beam expander is larger than the beam expander.
レーザ光の一部を周辺方向にシフトする反射ミラーブロ
ックを有することを特徴とする前記請求項１または２に
記載のビームエキスパンダ。3. The beam expander according to claim 1, further comprising a reflection mirror block that shifts a part of the laser light emitted from the first beam expanding unit in a peripheral direction.
ビーム拡大部から出射されたレーザ光の一部を周辺方向
に導く第一のミラーブロックと、 前記入射側ミラーの外側に配置され、輪切りにした円錐
形の裏面に反射面を有し、前記入射側ミラーにより周辺
方向に導かれたレーザ光を前記周辺部ビーム縮小部に導
く第二のミラーブロックとを有することを特徴とする前
記請求項３に記載のビームエキスパンダ。4. The reflecting mirror block has a reflecting surface on a circularly conical surface, and guides a part of the laser light emitted from the first beam expanding portion in a peripheral direction. A block, disposed outside the entrance side mirror, having a reflection surface on the back surface of the conical shape cut into a circle, and guiding the laser light guided in the peripheral direction by the entrance side mirror to the peripheral beam reduction unit. 4. The beam expander according to claim 3, comprising two mirror blocks.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP6045824A JP2748853B2 (en) | 1994-03-16 | 1994-03-16 | Beam expander, optical system and laser processing device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6045824A JP2748853B2 (en) | 1994-03-16 | 1994-03-16 | Beam expander, optical system and laser processing device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07253556A JPH07253556A (en) | 1995-10-03 |
| JP2748853B2 true JP2748853B2 (en) | 1998-05-13 |
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ID=12730002
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6045824A Expired - Lifetime JP2748853B2 (en) | 1994-03-16 | 1994-03-16 | Beam expander, optical system and laser processing device |
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| Country | Link |
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-
1994
- 1994-03-16 JP JP6045824A patent/JP2748853B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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