JP3531554B2 - 光学ミラーと光学スキャナーおよびレーザ加工機 - Google Patents
光学ミラーと光学スキャナーおよびレーザ加工機Info
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Description
させる光学ミラーとそれを用いた光学スキャナーおよび
レーザ加工機に関する。
構造を示すものである。
2はモーター軸挿入溝、83はネジ穴である。
ける固定部は、モーター軸挿入溝82とネジ穴83から
なる部分を指す。
85は肋骨構造の張り、86は固定部近傍の肋骨構造の
張りである。
て、以下動作について説明する。
接固定され、モーター(図示せず)の回転角により反射
方向が決定するガルバノスキャナー等に使用される。
され、その形状および面積は入射する光の径と配置され
る光学ミラーの角度および回転角度から一義的に決定さ
れる。
軸挿入溝82にモーター軸を挿入し、半円状の押さえリ
ングでモーター軸を挟んでネジ穴部83にネジを入れ締
めつけて固定する。
より数μm大きい径で切削されている。
するネジにより、モーター軸挿入溝82の底の部分を線
上に拘束した条件下において、反射面81に対して垂直
方向の応力がネジ穴部83にかかる。
4と肋骨構造部85および固定部近傍の肋骨構造の張り
86を組み合わせた張り構造があり、モーター軸の固定
部とは回転時のねじれに対する剛性を保つ意味から一体
の削り出しになっている。
伴うモーター軸方向の振動の吸収にも寄与している。
ミラーの回転時のバタツキ抑制に大きく寄与している。
ーターに取りつけ、2次元の光学スキャナーを構成した
例を示す。
学ミラー、112はモーター軸、113はモーター部で
あり、位置制御するためのポジションセンサが組み込ま
れている。
定の方向に反射された光である。
合、図のようにX軸とY軸の方向に直交して第1スキャ
ナーと第2スキャナーが配置される。
ー、(b)は第2スキャナーとして添え字をして区別し
ている。
ついて、以下動作について説明する。
光学ミラー111(a)により第2スキャナーのミラー
111(b)面内の所定の位置に向かって反射される。
(a)モーターに組み込まれた位置センサにより光学ミ
ラー111(a)方向を検出し、位置センサからの信号
をフィードバックして反射する方向を制御する。
ャナーのモーター113(b)に設けられた位置センサ
により光学ミラー111(b)の方向を検出し、位置セ
ンサからの信号をフィードバック制御することにより、
反射方向を決めている。
の方向から入射した光114を平面上の任意の点に正確
に誘導することができる。
ーを具備したレーザ加工機の光学系の例を示した。
22はコリメータ、123はマスクチェンジャ、124
は反射ミラー、125は2次元光学スキャナー、126
はスキャンレンズ、127はワークピース、128は2
次元加工テーブルである。
いて、以下動作について説明する。
光は、コリメータ122によりビーム径が変換された
後、マスクチェンジャ123上に配置されたマスクに照
射される。
を通過して、反射ミラー124を介して、光学スキャナ
ー125に入射して走査方向を制御された後スキャンレ
ンズ126により2次元加工テーブル上に置かれている
ワークピース127上にマスクの形状が転写結像され、
加工される。
の構成では、ネジを締め上げた時にミラー面に局所的に
歪みが発生し、レーザ加工等にこのような光学ミラーを
用いた光学スキャナーでレーザ光の進路を制御すると、
主加工の穴の外に加工キズが入るという問題点を有して
いた。
を挿入してネジで固定した時のミラー面の歪みを示した
もので、歪みが生じている部分を曲線で表している。
溝82の横側に配されたネジ部で発生した歪みがミラー
面の裏面外周部に設けられた張りにより、固定部付近の
ミラー面を歪ませていることがわかる。
によく使用されているベリリウム素材を用いた光学ミラ
ーの例ではミラー面精度のP−V値で約4μmにも達
し、比較的波長の長い炭酸ガスレーザの波長に対しても
約2分の1になり、一般に光学的無収差の値である20
分の1波長の10倍に達することが、別途干渉計を用い
て測定した結果からわかった。
ーの歪みのデータを入力して図12に示した加工光学系
を用いてレーザ光を転写した時の像面におけるレーザ光
のスポット強度分布の様子をスキャンエリア全体で比較
した様子を示す。
外周部では、ビームの対称性が崩れ、主加工のビームの
外に非対称なビームが存在し、さらにスキャンエリアの
4角では3つに分離して各々が相当のビーム強度を有し
ている。このビーム形状は比較的加工閾値の低い樹脂加
工で顕著な加工不良として現れ、現実の加工で主加工穴
の横に加工キズの穴がスキャンエリア外周で発生するこ
とを確認した。
で、光学ミラーをモーター軸に固定する際のネジ締めの
応力によるミラー面の歪みを低減せしめる光学ミラーの
構造を提供し、スキャンエリア全体で安定したレーザ加
工を実現することを目的とする。
に請求項1記載の本発明は、光学特性を有する反射面
と、他部材へ取りつけるための固定部と、反射面の裏面
に設けられた張りを備え、前記張りの固定部近傍部分に
切れ込みを設けた光学ミラーを提供するものである。
軸に取りつけられ回転する光学ミラーにおいて、前記光
学ミラーは光学特性を有する反射面と、前記光学ミラー
をモーター軸に取りつけるための固定部と、反射面の裏
側中心に設けられた背骨および肋骨状に伸びた張りから
構成され、かつ前記肋骨状に伸びた張りのうち前記固定
部近傍部分の肋骨状張りとミラー裏面中心に配された背
骨部の間に切れ込みを設けた光学ミラーを提供するもの
である。
と、前記モーターのモーター軸に請求項1または2に記
載された光学ミラーを取りつけた光学スキャナーを提供
するものである。
振器と、前記レーザ発振器から出力されるレーザ光の光
路上に請求項3記載の光学スキャナーを配置したレーザ
加工機を提供するものである。
の固定部近傍部分に切れ込みを設けたので、ネジ止めに
よる応力がミラー面に伝達されることを軽減し、ミラー
面の歪みを抑制することができる。
分の肋骨状張りとミラー裏面中心に配された背骨部の間
に切れ込みを設けたので、ネジ止めによる応力がミラー
面に伝達されることを軽減し、ミラー面の歪みを抑制す
ることができる。
と、前記モーターのモーター軸に請求項1または2に記
載された光学ミラーを取りつけたので、ネジ止めによる
応力がミラー面に伝達されることを軽減し、ミラー面の
歪みを抑制した光学ミラーを光学スキャナーに取り付け
ることが可能であり、レーザ加工機において収差の少な
い光の伝送が可能となり、スキャンエリア全体で外周部
分に加工キズの無い安定したレーザ加工が実現できる。
がら説明する。
態例を示す。
る光学特性を有する反射面、12はモーター軸挿入溝、
13はネジ穴、14は背骨構造部、15は肋骨構造の張
り、16は固定部近傍の肋骨構造の張り、17は張り1
6の切れこみ部である。
て、図を用いてその動作について説明する。
溝12にモーター軸(図示せず)を挿入し、半円状の押
さえリング(図示せず)でモーター軸を挟んでネジ穴1
3にネジを入れ締めつけて固定する。
より数μm大きい径で切削されている。
するネジにより、モーター軸挿入溝12の底の部分を線
上に拘束した条件下において、反射面11に対して垂直
方向の応力をネジ穴13に受ける。
4と肋骨構造部15および固定部近傍の肋骨構造の張り
16を組み合わせた張り構造があり、モーター軸を固定
する光学ミラーの固定部12aとは回転時のねじれに対
する剛性を保つ意味から一体の削り出しになっている。
伴うモーター軸方向の振動を吸収し、肋骨構造部15お
よび固定部近傍の肋骨構造の張り16の張りは光学ミラ
ーの回転時のバタツキ抑制に大きく寄与している。
る応力が反射面11に伝達されることを軽減し、反射面
11の歪みを抑制する作用を有している。
歪みを示しており、歪みが生じている部分を曲線で表し
ている。
溝12の横側に配されたネジ穴13部分で発生した歪み
が、張りの切れこみ17で遮断され、反射面11の裏面
外周部に設けられた張りに伝達されることが軽減されて
おり、固定部12a付近の反射面11の歪みを改善して
いることがわかる。
る光学特性を有する反射面、32はモーター軸挿入溝、
33はネジ穴、34は背骨構造部、35は肋骨構造の張
り、37は張りの無い部分で約半周にわたって張りを除
去している。
て、図を用いてその動作について説明する。
溝32にモーター軸(図示せず)を挿入し、半円状の押
さえリング(図示せず)でモーター軸を挟んでネジ穴部
33にネジを入れ締めつけて固定する。
より数μm大きい径で切削されている。
するネジにより、モーター軸挿入溝32の底の部分を線
上に拘束した条件下において、反射面31に対して垂直
方向の応力をネジ穴33に受ける。
4の張り構造があり、モーター軸の固定部32aとは回
転時のねじれに対する剛性を保つ意味から一体の削り出
しになっている。
伴うモーター軸方向の振動を吸収し、肋骨構造部35は
ミラーの回転時のバタツキ抑制に大きく寄与している。
応力が反射面31に伝達されることを軽減し、反射面3
1の歪みを抑制する作用を有している。
歪みを示しており、歪みが生じた部分を曲線で表してい
る。
溝32の横側に配されたネジ穴部分で発生した歪みが、
張りの無い部分37により遮断され、反射面31に伝達
されることが軽減されており、固定部32a付近の反射
面31の歪みが改善していることがわかる。
反射面の歪みの関係を示した。
あるが、約25mm以上の光を通過させる光学ミラーの
面精度は通常ヘリウムネオンレーザを用いた干渉計で
1.5波長、約900nmの平面が得られる。
の切れこみ長は1mm程度でほぼ仕様の範囲に入ってお
り、2mm以上では研磨による平面度の影響に隠れてし
まいネジ締めによる応力の反射面精度への影響は認めら
れない。
または37に対して切りこみがあるかないかが直接ミラ
ー面への歪みの伝播に影響している。
る光学特性を有する反射面、52はモーター軸挿入溝、
53はネジ穴、54は背骨構造部、55は肋骨構造の張
り、58は取りつけ部分の面を反射面51に対してほぼ
垂直の角度に設けた固定部である。
て、図を用いてその動作について説明する。
溝52にモーター軸(図示せず)を挿入し、半円状の押
さえリング(図示せず)でモーター軸を挟んでネジ穴5
3にネジを入れ締めつけて固定する。
より数μm大きい径で切削されている。
するネジにより、モーター軸挿入溝52の底の部分を線
上に拘束した条件下において、反射面に対して平行方向
の応力をネジ部に受ける。
4の張り構造があり、モーター軸の固定部とは回転時の
ねじれに対する剛性を保つ意味から一体の削り出しにな
っている。
伴うモーター軸方向の振動を吸収し、肋骨構造部55は
ミラーの回転時のバタツキ抑制に大きく寄与している。
1に対してほぼ垂直の角度で設けたことにより、モータ
ー軸挿入溝52の底の部分を線上に拘束した条件下にお
いて、ネジ穴53で発生する応力が反射面51に対して
平行方向になり、反射面51に垂直方向の応力を軽減ま
たは無くし、反射面51の歪みを低減できる。
歪みを示しており、歪みが生じた部分を曲線で表してい
る。
溝52の横側に配されたネジ穴で発生した歪みが反射面
に伝達されていないことがわかる。
形態例について簡単に説明する。
た光学ミラーを用いることが特徴であり、モーターやモ
ーター軸への取りつけ構造は図11に示した従来のもの
と同じものなので、ここではその説明を省略する。
述した光学ミラーを用いた光学スキャナーをレーザ発振
器から出力されるレーザ光の光路上に配置させることが
特徴であり、レーザ発振器やその他の構成は図12に示
した従来の構成と同じものなので、ここではその説明を
省略する。
状に伸びた張りのうち固定部近傍部分の肋骨状張りと反
射面裏面中心に配された背骨部の間に切れ込みを設けた
り、固定部の取りつけ部分の面を反射面に対してほぼ垂
直の角度に設けたことにより、ネジを締め上げた時の反
射面が極めて局所的にしか歪まないので、レーザ加工等
にこのような光学ミラーを用いた場合、主加工の穴の外
に加工キズが入るという問題点を解決することができ
る。
張りのうち固定部近傍部分の肋骨状張りと反射面裏面中
心に配された背骨部の間に切れ込みを設けたことによ
り、ネジを締め上げた時に反射面が極めて局所的にしか
歪まなく、また歪み自体を低減できるので、安定した加
工品質を有する優れた光学ミラー及びこの光学ミラーを
用いた光学スキャナーとレーザ加工機を実現できるもの
である。
の裏面から見た斜視図
の歪みを示す説明図
見た斜視図
す説明図
ら見た斜視図
示す説明図
とミラー面歪みの関係を示す図
示す表面から見た斜視図 (b)従来の軽量化された光学ミラーの構造を示す裏面
から見た斜視図
で固定した時のミラー面の歪みを示す説明図
におけるレーザスポットの強度分布を比較する説明図
要図
部 111(a) 第1スキャナーの光学ミラー 111(b) 第2スキャナーの光学ミラー 112(a) 第1スキャナーのモーター軸 112(b) 第2スキャナーのモーター軸 113(a) 第1スキャナーのモーター部 113(b) 第2スキャナーのモーター部 114 入射する光 115 所定の方向に反射された光 121 レーザ発振器 122 コリメータ 123 マスクチェンジャ 124 反射ミラー 125 2次元光学スキャナー 126 スキャンレンズ 127 ワークピース 128 2次元加工テーブル
Claims (4)
- 【請求項1】 光学特性を有する反射面と、他部材へ取
りつけるための固定部と、反射面の裏面に設けられた張
りを備え、前記張りの固定部近傍部分に切れ込みを設け
た光学ミラー。 - 【請求項2】 モーター軸に取りつけられ回転する光学
ミラーにおいて、前記光学ミラーは光学特性を有する反
射面と、前記光学ミラーをモーター軸に取りつけるため
の固定部と、反射面の裏側中心に設けられた背骨および
肋骨状に伸びた張りから構成され、かつ前記肋骨状に伸
びた張りのうち前記固定部近傍部分の肋骨状張りとミラ
ー裏面中心に配された背骨部の間に切れ込みを設けた光
学ミラー。 - 【請求項3】 モーターと、前記モーターのモーター軸
に請求項1または2に記載された光学ミラーを取りつけ
た光学スキャナー。 - 【請求項4】 レーザ発振器と、前記レーザ発振器から
出力されるレーザ光の光路上に請求項3記載の光学スキ
ャナーを配置したレーザ加工機。
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