KR100942085B1 - Shape variable mirror and laser processing apparatus using a shape variable mirror - Google Patents
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Abstract
다수의 구동 소자를 갖는 형상 가변 거울은, 자유도가 높지만, 구조가 복잡하다.Shape-variable mirrors having a large number of drive elements have a high degree of freedom, but have a complicated structure.
본 발명에 따르면, 한 쪽에 반사면(1A)를 갖는 반사 거울(1)과, 반사 거울(1)의 이면(裏面)(1B)에 2개소에서 고정된 제 1 축 부재(4)와, 반사 거울(1)의 이면(1B)에 고정된 2개의 다리(leg)(5B)를 갖고 제 1 축 부재(4)를 가로 걸치는 제 2 축 부재(5)와, 제 2 축 부재(5)와 제 1 축 부재(4) 사이의 거리를 변화시키는 거리 변경 기구(2)를 구비하며, 제 1 축 부재(4)를 고정하는 개소를 잇는 선분과 제 2 축 부재(5)의 다리(5B)를 고정하는 개소를 잇는 선분이 교차하는 것을 특징으로 한다.According to the present invention, the reflection mirror 1 having the reflection surface 1A on one side, the first shaft member 4 fixed at two places on the back surface 1B of the reflection mirror 1, and the reflection The second shaft member 5 which has two legs 5B fixed to the rear surface 1B of the mirror 1 and spans the first shaft member 4, the second shaft member 5 and The line change mechanism 2 which changes the distance between the 1st shaft member 4, The line segment which connects the location which fixes the 1st shaft member 4, and the leg 5B of the 2nd shaft member 5 are provided. It is characterized in that the line segments connecting the parts to secure the intersection.
Description
도 1은 본 발명의 실시예 1에서의 형상 가변 거울의 개념을 설명하기 위한 도면,1 is a view for explaining the concept of a shape variable mirror in the first embodiment of the present invention,
도 2는 본 발명의 실시예 1에서의 형상 가변 거울의 구조를 설명하는 조립도,2 is an assembly view for explaining the structure of the shape-variable mirror in
도 3은 본 발명의 실시예 2에서의 형상 가변 거울의 구조를 설명하는 조립도,3 is an assembly view illustrating the structure of a shape variable mirror in
도 4는 본 발명의 실시예 3에서의 형상 가변 거울의 구조를 설명하는 조립도,4 is an assembly view illustrating a structure of a shape variable mirror in
도 5는 본 발명의 실시예 4에서의 형상 가변 거울의 구조를 설명하는 조립도,5 is an assembly view for explaining the structure of the shape-variable mirror in the fourth embodiment of the present invention;
도 6은 본 발명의 실시예 5에서의 형상 가변 거울의 구조를 설명하는 조립도,6 is an assembly view for explaining the structure of the shape-variable mirror in the fifth embodiment of the present invention;
도 7은 본 발명의 실시예 5에서의 형상 가변 거울의 개념을 설명하기 위한 도면,7 is a view for explaining the concept of a shape variable mirror in the fifth embodiment of the present invention;
도 8은 본 발명의 실시예 6에서의 형상 가변 거울의 구조를 설명하는 조립도,8 is an assembly view illustrating the structure of the shape variable mirror in the sixth embodiment of the present invention;
도 9는 본 발명의 실시예 7에서의 레이저 가공 장치의 구성도,9 is a configuration diagram of a laser machining apparatus in a seventh embodiment of the present invention;
도 10은 본 발명의 실시예 7에서의 비점수차의 보정을 실시하지 않는 경우에 레이저 가공 장치에 의해 천공 가공된 피가공물 표면의 사진,Fig. 10 is a photograph of the workpiece surface punched by the laser processing apparatus when the astigmatism correction is not performed in Example 7 of the present invention;
도 11은 본 발명의 실시예 7에서의 형상 가변 거울의 변형에 의한 비점수차의 보정을 실시하는 경우에 레이저 가공 장치에 의해 천공 가공된 피가공물 표면의 사진.Fig. 11 is a photograph of a workpiece surface punched by a laser processing apparatus when correction of astigmatism caused by deformation of the shape-variable mirror in Example 7 of the present invention.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for the main parts of the drawings
1 : 원형 반사 거울(반사 거울) 1A : 거울면(반사면)1: circular reflection mirror (reflection mirror) 1A: mirror surface (reflection mirror)
1B : 이면 1B: If
1C : 이면(1B)의 외주원과 X축과의 교점(X축 교점)1C: Intersection between the outer circumference of the back surface (1B) and the X axis (X axis intersection)
1D : 이면(1B)의 외주원과 Y축과의 교점(Y축 교점)1D: Intersection between the outer circumference of the back surface (1B) and the Y-axis (Y-axis intersection)
2 : 피에조 액츄에이터(Piezo Actuator)(거리 변경 기구)2: Piezo Actuator (distance change mechanism)
3 : 변형력 발생 기구 4 : X축 부재(제 1 축 부재)3: Deformation force generating mechanism 4: X-axis member (1st shaft member)
4A : X축 이판 4B : X축 다리4A:
4C : X축 다리 저면 4D : 노치4C: Bottom of
4E : X축 이판 중심 4F : 나사 구멍4E:
5 : Y축 부재(제 2 축 부재) 5A : Y축 이판5: Y-axis member (second axis member) 5A: Y-axis release plate
5B : Y축 다리 5C : Y축 다리 저면5B:
5E : Y축 이판 중심 5F : 나사 구멍5E: Y-
5G : 관통 구멍 6 : 거울 홀더(mirror holder)5G: through hole 6: mirror holder
7 : 나사 부품(거리 변경 기구) 8 : 나사(거리 변경 기구)7: Screw part (distance change mechanism) 8: Screw (distance change mechanism)
9 : 구조 부재(제 1 축 부재) 9A : 이판9: structural member (first shaft member) 9A: back plate
9B : 다리 9C : 다리 저면9B:
9D : Y축 상의 단부 50 : 레이저 발진기9D:
51 : 레이저 빔51: laser beam
52 : 반사 거울(형상 가변 거울) 53 : 갈바노미터(galvanometer)52: reflection mirror (shape variable mirror) 53: galvanometer
54 : 갈바노 스캐너 거울(galvano scanner mirror)54: galvano scanner mirror
55 : 집광 렌즈 56 : 피가공물55: condenser lens 56: the workpiece
57 : 주사 가능 범위 58 : 테이블57: Injectable Range 58: Table
59 : 테이블 구동 장치 A : 하중59: table driving device A: load
B : 하중B: load
본 발명은, 레이저 빔 등의 광파의 파면 왜곡, 특히 비점수차(非點收差)를 보정하는 형상 가변 거울 및 형상 가변 거울을 이용하는 레이저 가공 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a laser processing apparatus using a shape variable mirror and a shape variable mirror for correcting wavefront distortion, particularly astigmatism, of light waves such as a laser beam.
형상 가변 거울은 광파의 파면 왜곡을 보정하는 것으로, 여러 가지의 광학 제품에서 사용되고 있다. 예를 들어, 천체 망원경에서는 대기의 흔들림 등에 의한 파면의 왜곡(수차)을 보정하여, 상질(像質)을 개선하기 위해 이용된다(예컨대, 특허 문헌 1을 참조). 또한, CD(compact disc)나 DVD(digital video disc) 등의 광 픽업(pickup)에서는, 광 디스크(disc)면의 기울어짐이나 굴곡 등에 의해 발생하는 수차를 보정하기 위하여 이용된다(예컨대, 특허 문헌 2를 참조). 또, 레이저 가공기에서는 진원도(眞圓度)가 높고 스팟(spot) 직경이 작은 레이저 빔을 얻을 수 있도록, 렌즈나 반사 거울 등의 왜곡에 의한 레이저 빔의 파면 왜곡을 보정하기 위하여 이용된다(예컨대, 특허 문헌 1을 참조).Shape-variable mirrors compensate for wavefront distortion of light waves and are used in various optical products. For example, in the astronomical telescope, it is used to correct the distortion (aberration) of the wavefront due to the shaking of the atmosphere or the like and to improve the image quality (see
형상 가변 거울에는 일체 거울형인 것(예컨대, 특허 문헌 1을 참조)과 분할 거울형인 것(예컨대, 특허 문헌 3을 참조)이 있는데, 모두 다수의 구동 소자, 예컨대 피에조 액츄에이터(Piezo Actuator)를 구동시켜 경면(鏡面) 형상을 변화시키고 있다. 또한, 정전기력에 의해 구동하는 구동 소자를 사용하는 것도 보고되어 있다(예컨대, 특허 문헌 2 참조). 이들은 다수의 구동 소자를 갖기 때문에, 변형의 자유도가 높고, 구동 소자수가 충분히 많으면 임의 형상의 반사면을 작성할 수 있어, 임의 형상의 파면 왜곡을 보정할 수 있다.Shape-variable mirrors include an integral mirror type (see
레이저 빔의 초점 거리 등을 조정하기 위하여, 외주부가 유지된 판 형상의 반사 거울에 이면(裏面)으로부터 1개의 구동 소자에 의해 힘을 가하는 형상 가변 거울도 보고되어 있다(특허 문헌 4를 참조).In order to adjust the focal length and the like of the laser beam, a shape-variable mirror that also applies a force by one drive element from the rear surface to a plate-shaped reflection mirror whose outer circumference is held is also reported (see Patent Document 4).
[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 제 1995-66463 호 공보[Patent Document 1] Japanese Unexamined Patent Publication No. 1995-66463
[특허 문헌 2] 일본 특허 공개 제 2005-122878 호 공보[Patent Document 2] Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-122878
[특허 문헌 3] 일본 특허 공개 제 1993-136509 호 공보[Patent Document 3] Japanese Unexamined Patent Publication No. 1993-136509
[특허 문헌 4] 일본 특허 공개 제 1997-293915 호 공보[Patent Document 4] Japanese Unexamined Patent Publication No. 1997-293915
다수의 구동 소자를 갖는 형상 가변 거울은 변형력을 가하는 방법의 자유도가 높기 때문에, 임의 형상의 반사면 작성이 가능하고, 파면 왜곡의 보정의 자유도가 높다는 장점이 있다. 그러나, 구동 소자수가 많아 구조가 복잡하다. 분할 거울형의 경우에는, 거울도 다수 필요하다는 점에서, 부품수가 더 많아 구조가 복잡하게 된다. 다수의 부품이 필요하고 정밀하게 제조할 필요가 있기 때문에, 다수의 구동 소자를 갖는 형상 가변 거울은 고가(高價)로 된다.Since the shape-variable mirror having a large number of drive elements has a high degree of freedom in the method of applying a deformation force, it is possible to create a reflection surface of any shape and has an advantage of high degree of freedom of correction of wavefront distortion. However, the structure is complicated by the large number of driving elements. In the case of the split mirror type, a large number of parts is required in that a large number of mirrors are required, resulting in a complicated structure. Since a large number of parts are required and need to be manufactured precisely, a shape-variable mirror having a large number of drive elements becomes expensive.
용도에 따라서는, 파면 왜곡의 보정의 자유도가 높을 필요가 없이, 비점수차를 보정할 수 있기만 하면 되는 경우가 있다. 예를 들면, 레이저 빔에 의한 절단, 천공(boring), 용접 등의 가공에 있어서, 레이저 발진기나 가공점까지의 전송 광로를 구성하는 반사 거울나 렌즈에는, 절삭, 연삭, 연마 등의 제작 공정에서, 비점수차의 원인이 되는 제조 오차가 발생하기 쉽다. 광축에 대하여 수직인 1축 방향을 X 방향, 광축과 X 방향 양 쪽에 수직인 방향을 Y 방향으로 한 경우, X 방향과 Y 방향에서 초점 거리가 서로 다른 오차가 있으면, 비점수차가 발생하여, 레이저 가공의 품질이 저하되는 경우가 많다. 비점수차를 보정할 수 있으면, 레이저 가공에 있어서의 품질을 향상시킬 수 있다.Depending on the application, the astigmatism may only need to be corrected without the high degree of freedom of correction of the wavefront distortion. For example, in the processing of cutting, boring, welding, etc. by a laser beam, a reflective mirror or lens constituting a transmission optical path to a laser oscillator or a processing point is used in manufacturing processes such as cutting, grinding, and polishing. In addition, manufacturing errors that cause astigmatism are likely to occur. In the case where the uniaxial direction perpendicular to the optical axis is in the X direction and the direction perpendicular to both the optical axis and the X direction is in the Y direction, astigmatism occurs when the focal length is different from each other in the X and Y directions. The quality of processing is often degraded. If astigmatism can be corrected, the quality in laser processing can be improved.
1개의 구동 소자에 의해 힘을 가하는 형상 가변 거울은 초점 거리 등을 변경하기 위한 것밖에 없어, 지금까지 광파의 비점수차를 보정하는 것을 목적으로 한 1개의 구동 소자를 이용한 형상 가변 거울은 없었다.The shape-variable mirrors exerting a force by one drive element have only been used to change the focal length and the like, and there has been no shape-variable mirror using one drive element for the purpose of correcting the astigmatism of light waves.
본 발명은, 비점수차의 보정이 가능한 형상 가변 거울을 얻는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to obtain a shape variable mirror capable of correcting astigmatism.
본 발명에 따른 형상 가변 거울은 한 쪽에 반사면을 갖는 반사 거울과, 해당 반사 거울의 이면에 2개소에서 고정된 제 1 축 부재와, 상기 반사 거울의 이면에 고정된 2개의 다리(leg)를 갖고 상기 제 1 축 부재를 가로 걸치는 제 2 축 부재와, 해당 제 2 축 부재와 상기 제 1 축 부재 사이의 거리를 변화시키는 거리 변경 기구를 구비하고, 상기 제 1 축 부재를 고정하는 개소를 잇는 선분과 상기 제 2 축 부재의 상기 다리를 고정하는 개소를 잇는 선분이 교차하는 것을 특징으로 하는 것이다.The shape-variable mirror according to the present invention comprises a reflective mirror having a reflective surface on one side, a first shaft member fixed at two positions on the rear surface of the reflective mirror, and two legs fixed on the rear surface of the reflective mirror. And a second shaft member that traverses the first shaft member, and a distance changing mechanism that changes the distance between the second shaft member and the first shaft member, and connects a portion to fix the first shaft member. The line segment and the line segment connecting the part which fixes the said leg of a said 2nd shaft member cross | intersect, It is characterized by the above-mentioned.
또한, 한 쪽에 반사면을 갖는 반사 거울과, 해당 반사 거울의 이면에 2개소에서 고정된 제 1 축 부재와, 해당 제 1 축 부재에 일단(一端)이 고정되고 또 다른 일단이 일단이 상기 반사 거울의 이면에 고정되는 제 1 및 제 2 거리 변경 기구를 구비하고, 상기 제 1 축 부재를 고정하는 개소를 잇는 선분과 상기 제 1 및 제 2 거리 변경 기구를 고정하는 개소를 잇는 선분이 교차하는 것을 특징으로 하는 것이다.In addition, a reflective mirror having a reflective surface on one side, a first shaft member fixed at two positions on the rear surface of the reflective mirror, one end is fixed to the first shaft member, and one end is reflected on the other end. A first and second distance changing mechanism fixed to the rear surface of the mirror, and a line segment connecting a portion for fixing the first shaft member and a line connecting a portion for fixing the first and second distance changing mechanism intersect each other; It is characterized by.
실시예Example 1 One
도 1에, 본 발명의 실시예 1에 있어서의 형상 가변 거울의 개념을 설명하는 도면을 나타낸다. 반사 거울인 원형 반사 거울(1)은, 광을 반사하는 반사면인 거울면(1A)과 이면(1B)이 원형의 서로 평행한 평면이다. 이면(1B) 상에서, 외주원의 중심을 지나는 제 1 축인 X축과 X축에 직각으로 외주원의 중심에서 교차하는 제 2 축인 Y축을 정의한다. 이면(1B)의 외주원과 X축과의 교점인 2개소의 X축 교점(1C) 부근에서, 이면(1B)에 대하여 수직으로 미는 방향으로 하중 A를 가한다. 한편, 이면(1B)의 외주원과 Y축과의 교점인 2개소의 Y축 교점(1D) 부근에서는, 이면(1B)에 대하여 수직으로 당기는 방향으로 하중 B를 가한다. 이렇게 하면, 원형 반사 거울(1)의 거울면(1A)이 X축에 평행한 직선상에서는 중앙이 들어간 오목형이고, Y축에 평행한 직선상에서는 중앙이 튀어나온 볼록형인 안장 형상으로 거울면(1A)이 변형된다. 또, 하중 A와 하중 B의 크기는 동일하며, X축 상에서의 오목형의 곡선 형상과, Y축 상에서의 볼록형의 곡선 형상은, 방향이 반대이고 동일한 형상으로 된다.In FIG. 1, the figure explaining the concept of the shape variable mirror in Example 1 of this invention is shown. The
원형 반사 거울(1)에 의해 반사되는 광의 초점 거리가 짧은 방향을 Y축에 맞추면, Y축에서는 볼록면이기 때문에 반사되는 광의 초점 거리가 길어지고, X축에서는 오목면이기 때문에 반사되는 광의 초점 거리가 짧아진다. 이것은, X축과 Y축의 초점 거리의 차를 감소시키는 것을 의미한다. 즉, 안장 형상의 변형의 정도를 적절히 조정하면, X축과 Y축의 초점 거리를 동일하게 하여 비점수차를 보정할 수 있게 된다. 원형 반사 거울(1)의 변형의 정도는, 수십 ㎜의 직경의 원형 반사 거 울(1)에 대하여, 0.1∼10㎛ 정도를 상정(想定)하고 있다. 또, 변형의 정도가 이 상정한 것보다 큰 경우, 또는 작은 경우에도, 본 발명을 적용할 수 있다. 또한, X축을 볼록하게, Y축을 오목하게 변형시켜도 좋다.When the focal length of the light reflected by the circular reflecting
실시예 1에서의 형상 가변 거울의 구조를 설명하는 조립도를 도 2에 나타낸다. 이 실시예 1에서의 형상 가변 거울은, 피에조 역압전 효과(inverse piezoelectric effect)에 의해 전압을 인가함으로써 길이를 정확하게 제어할 수 있는 1개의 피에조 액츄에이터(2)에 의해, 도 1에 도시하는 2개소의 X축 교점(1C) 부근에서 원형 반사 거울(1)을 미는 방향의 하중 A와, 2개소의 Y축 교점(1D) 부근에서 원형 반사 거울(1)을 당기는 방향의 하중 B를 발생할 수 있다. 원형 반사 거울(1)의 이면 측에는, 원형 반사 거울(1)의 거울면(1A)을 안장 형상으로 변형시키는 힘을 발생시키는 변형력 발생 기구(3)가 있다. 변형력 발생 기구(3)는, 도 1에 있어서의 X축 상의 X축 교점(1C) 부근에 대응하는 위치의 2개소에서 원형 반사 거울(1)의 이면(1B)에 고정되는 제 1 축 부재인 X축 부재(4)와, Y축 상의 Y축 교점(1D) 부근에 대응하는 위치의 2개소에서 원형 반사 거울(1)의 이면(1B)에 고정되고 X축 부재(4)를 가로 걸쳐서 배치되는 제 2 축 부재인 Y축 부재(5)와, X축 부재(4)와 Y축 부재(5) 사이에 배치되어 그 사이의 거리를 변화시키는 거리 변경 기구인 피에조 액츄에이터(2)로 구성된다. 이와 같이, 4점에 힘을 가하는 간단한 구조의 변형력 발생 기구(3)에 의해, 원형 반사 거울(1)을 안장 형상으로 변형시킬 수 있다.The assembly drawing explaining the structure of the shape-variable mirror in Example 1 is shown in FIG. The shape-variable mirror in the first embodiment has two places shown in FIG. 1 by one
X축 부재(4)는, 원형 반사 거울(1)과 대략 동일한 직경의 원형이고 소정의 두께인 X축 이판(裏板)(4A)과, X축 이판(4A)의 원형 반사 거울(1) 측의 면으로부터 X축 이판(4A)에 수직으로 세워진 각기둥 형상의 2개의 X축 다리(4B)로 구성된다. 2개의 X축 다리(4B)의 길이는 동일하기 때문에, 원형 반사 거울(1)에 고정된 상태에서는 X축 이판(4A)은 원형 반사 거울(1)과 평행하게 된다. X축 다리(4B)의 길이 방향에 수직인 단면에서의 형상은 대략 정방형이며, 길이 방향으로 동일한 단면 형상으로 한다. X축 다리(4B)의 저면(底面)을 X축 다리 저면(4C)이라고 부른다. 2개의 X축 다리(4B)는 X축 이판(4A)의 단부에 있으며, 2개의 X축 다리 저면(4C)의 중심을 잇는 선분은 X축 이판(4A)의 중심을 지난다. 여기서, 2개의 X축 다리 저면(4C)의 중심을 잇는 직선이 X축으로 된다. X축 이판(4A)의 중심을 지나 X축과 직교하는 Y축과 외주원과의 교점 부근에는, Y축 부재(5)를 통과시키기 위한 노치(notch)(4D)가 설치되어 있다. X축 이판(4A)과 X축 다리(4B)는 일체적으로 형성하여도 좋고, 별도의 부품으로서 형성한 것을 접합한 것이어도 좋다. 또한, X축 부재(4)와 원형 반사 거울(1)을 동일 재료로 절삭 등에 의해 형성하여도 좋다. Y축 부재(5)에 대해서도 마찬가지이다.The
X축 다리 저면(4C)은, X축 다리(4B)에 대하여 수직인 평면이고 대략 정방형의 형상이다. 2개의 X축 다리 저면(4C)은, 원형 반사 거울(1)의 이면(1B)에 나사 고정, 납땜(brazing), 접착제에 의한 접착 등의 적당한 방법에 의해서, 인장력에 의해 고정면이 박리되는 일이 없도록 고정된다. 다른 개소에 있어서의 고정 방법에서도 마찬가지의 점에 주의한다.The X-axis leg
Y축 부재(5)는 X축 부재(4)와 동일한 형상이며, Y축 이판(5A)과 2개의 Y축 다리(5B)로 구성된다. Y축 부재(5)의 2개의 Y축 다리 저면(5C)은, 원형 반사 거울(1)의 이면(1B)에 고정된다. Y축 부재(5)의 형상이 X축 부재(4)와 다른 점은, 이하의 2점이다. (1) Y축 다리(5B)의 길이가 X축 다리(4B)보다 길다. (2) Y축 이판(5A)에는 노치가 없다. 2개의 Y축 다리 저면(5C)의 중심을 잇는 직선을, Y축이라고 부른다. 또, X축 이판(4A)의 2개의 노치(4D)의 중심을 잇는 직선은 X축과 직교하므로, 이 2개의 노치(4D)에 각각 1개씩 들어가는 2개의 Y축 다리(5B)로부터 규정되는 Y축은 X축과 직교하게 된다.The Y-
여기서, X축 이판(4A)과 Y축 이판(5A)에 대하여, 제 1 면과 제 2 면을 다음과 같이 정의한다. 제 1 면이란, 원형 반사 거울(1) 측과는 반대측에 있는 면으로 한다. 제 2 면은, 제 1 면의 이면측에 있는 면으로 한다. X축 이판(4A)의 제 1 면의 X축 이판 중심(4E)(도시하지 않음)과 Y축 이판(5A)의 제 2 면의 Y축 이판 중심(5E)에는, 피에조 액츄에이터(2)의 각각 일단이 고정된다. X축 이판 중심(4E)과 Y축 이판 중심(5E)은 모두, 원형 반사 거울(1)의 중심을 지나 원형 반사 거울(1)에 수직인 직선 상에 있기 때문에, 피에조 액츄에이터(2)도 이 직선 상에 있다. 즉, 피에조 액츄에이터(2)는, 원형 반사 거울(1)에 수직인 직선 상에서 그 양단(兩端)의 거리를 변화시키게 된다.Here, with respect to the
X축 다리(4B)와 Y축 다리(5B)의 길이의 차는, 피에조 액츄에이터(2)의 길이를 그 변화 가능 범위의 대략 중간에 있을 때의 길이와 동일하게 되도록 해 둔다. 피에조 액츄에이터(2)에 소정의 전압을 인가해 두고, 피에조 액츄에이터(2)의 길이가 X축 다리(4B)와 Y축 다리(5B)의 길이의 차와 동일하게 되는 상태에서, X축 다리 저면(4C)과 Y축 다리 저면(5C)을 원형 반사 거울(1)의 이면(1B)에 고정한다. 이렇게 하면, 피에조 액츄에이터(2)의 길이를 길게 하면 X축에서 오목하고 Y축에서 볼록하게 거울면(1A)이 안장 형상으로 변형되고, 피에조 액츄에이터(2)의 길이를 짧게 하면 X축에서 볼록하고 Y축에서 오목하게 거울면(1A)이 안장 형상으로 변형되게 된다.The difference between the length of the
X축 다리(4B)의 단면의 형상 및 크기와 X축 이판(4A)의 두께는, 인가되는 힘에 의해 파손되지 않는 강도가 얻어지도록 적절히 조정한다. 또한, X축 다리 저면(4C)의 형상 및 면적은, 원형 반사 거울(1)의 이면(1B)으로의 고정이 가능하고, 안장 형상 변형을 적절히 행할 수 있으며, 또한 고정면에서의 인장력에 의해 고정면이 박리되지 않도록 조정한다. Y축 이판(5A)과 Y축 다리(5B)에 대해서도, 마찬가지의 점에 주의하여 조정한다.The shape and size of the cross section of the
원형 반사 거울(1), X축 부재(4) 및 Y축 부재(5)의 강성(剛性)은, 적절한 변형이 발생할 수 있도록 한다. X축 부재(4)와 Y축 부재(5)의 강성을 원형 반사 거울(1)보다 작게 해 주면, 거리 변경 기구에 의한 거리의 변화에 대한 원형 반사 거울(1)의 변형의 비(比)가 작아져서, 원형 반사 거울(1)의 세밀한 변형의 제어가 용이하게 된다.The rigidity of the circular reflecting
형상 가변 거울은 변형력 발생 기구(3)도 포함하여 원기둥 형상의 모양이며, 원통형의 거울 홀더(6)(도시하지 않음) 안에 거울 홀더(6)에 대하여 회전 가능하게 수납된다. 이 때문에, 임의의 회전각으로 형상 가변 거울을 설치할 수 있어, 보다 양호한 정밀도로 비점수차를 보정할 수 있다. 또한, Y축 이판(5A)에는, 피에조 액츄에이터(2)를 구동하는 전기를 보내기 위한 배선을 통과시키는 구멍(도시하지 않음)을 마련해 둔다.The shape-variable mirror has a cylindrical shape, including the deformation
다음에, 레이저 가공 장치의 레이저 빔의 비점수차를 형상 가변 거울에 의해 보정하는 경우를 예로 들어, 동작을 설명한다. 레이저 가공 장치의 구성은 도시하지 않았지만, 레이저 발진기로부터 가공점까지의 전송 광로의 도중에, 형상 가변 거울이 설치되어 있는 것으로 한다. 또, 레이저 가공 장치 이외에 적용하는 경우에도, 마찬가지의 동작에 의해 비점수차를 보정할 수 있다.Next, the operation will be described taking the case where the astigmatism of the laser beam of the laser processing apparatus is corrected by the shape variable mirror as an example. Although the structure of a laser processing apparatus is not shown in figure, it is assumed that the shape-variable mirror is provided in the middle of the transmission optical path from a laser oscillator to a processing point. Moreover, also when it applies to other than a laser processing apparatus, astigmatism can be corrected by the same operation.
비점수차가 있는 경우에는, 레이저 빔 형상이 타원으로 된다. 원기둥 형상의 형상 가변 거울을 거울 홀더(6) 안에서 회전시켜, 레이저 빔 형상의 직경이 긴 방향 또는 직경이 짧은 방향과 형상 가변 거울의 X축 또는 Y축을 일치시킨다. 피에조 액츄에이터(2)의 길이를 길게 또는 짧게 하는 방향으로 소정량만큼 변화시킨다. 소정량만큼 변화시키면 레이저 빔 형상이 타원으로부터 진원에 가까워지는 경우, 그대로 피에조 액츄에이터(2)의 길이를 동일한 방향으로 변화시켜 가서, 레이저 빔 형상이 가장 진원에 가까워지는 길이로 설정한다. 피에조 액츄에이터(2)의 길이를 소정량만큼 변화시키면, 레이저 빔 형상의 편평한 정도가 커지는 경우에는, 피에조 액츄에이터(2)의 길이를 반대 방향으로 변화시켜서, 레이저 빔 형상이 가장 진원에 가까워지는 길이로 설정한다. 레이저 가공시에 항상 레이저 빔 형상을 감시하여, 진원에서 어긋나는 경우에는, 피에조 액츄에이터(2)의 길이를 변화시켜, 가장 진원에 가까워지도록 보정한다. 또, 가장 진원에 가깝다는 것은, 가장 진원에 가까운 상태로부터 소정의 허용할 수 있는 범위의 상태에 있는 것을 의미한다.In the case of astigmatism, the laser beam shape becomes an ellipse. The cylindrical variable mirror is rotated in the mirror holder 6 so that the long or short diameter of the laser beam shape coincides with the X or Y axis of the variable mirror. The length of the
피에조 액츄에이터(2)의 길이를 초기 상태로부터 긴 방향 및 짧은 방향의 모든 방향으로 조정할 수 있는 것의 효과를 설명하기 위하여, 피에조 액츄에이터(2)의 길이를 초기 상태로부터 긴 방향 및 짧은 방향중 1방향으로밖에 변화시킬 수 없는 경우의 동작에 대해서도 설명한다. 원기둥 형상의 형상 가변 거울을 거울 홀더(6) 안에서 회전시켜, 레이저 빔 형상의 직경이 긴 방향 또는 직경이 짧은 방향과 형상 가변 거울의 X축 또는 Y축을 일치시킨다. 피에조 액츄에이터(2)의 길이를 변화시킬 수 있는 방향으로 소정량만큼 변화시키면 레이저 빔 형상이 타원으로부터 진원에 가까워지는 경우, 그대로 피에조 액츄에이터(2)의 길이를 동일한 방향으로 변화시켜 간다. 피에조 액츄에이터(2)의 길이를 소정량만큼 변화시키면, 레이저 빔 형상의 편평한 정도가 커지는 경우에는, 거울 홀더(6) 내에서 형상 가변 거울을 90° 회전시킨 후에 길이를 변화시켜 간다. 레이저 빔 형상을 감시하면서 피에조 액츄에이터(2)의 길이를 변화시켜, 레이저 빔 형상이 가장 진원에 가까워지는 길이로 설정한다.In order to explain the effect of being able to adjust the length of the
피에조 액츄에이터(2)의 길이를 초기 상태로부터 긴 방향 및 짧은 방향의 모든 방향으로 변화시킬 수 있기 때문에, 긴 방향 및 짧은 방향중 한 방향으로밖에 변화시킬 수 없는 경우보다도, 비점수차의 보정을 위한 형상 가변 거울의 조작이 간단해진다. 피에조 액츄에이터(2)의 길이를 초기 상태로부터 긴 방향 및 짧은 방향의 모든 방향으로 변화시킬 수 있도록 하기 위하여, 원형 반사 거울(1)에 피에조 액츄에이터(2) 및 변형력 발생 기구(3)를 접착시키고, 피에조 액츄에이터(2)에 통전하여 조정 가능 범위의 대략 중간의 길이로 한 상태에서, 원형 반사 거울(1)의 거울면(1A)을 평면으로 가공하여도 좋다.Since the length of the
피에조 액츄에이터(2)를 이용함으로써, 비점수차의 크기가 시간에 따라 변화하는 경우에도, 피에조 액츄에이터(2)를 연속적으로 제어할 수 있어, 비점수차를 보정할 수 있다. 비점수차가 시간에 따라 거의 변화하지 않는 경우에는, 피에조 액츄에이터(2) 대신에 나사 등의, 길이 조정이 가능하고, 그 길이를 유지할 수 있는 거리 변경 기구이면, 어떠한 기구를 이용하더라도 비점수차를 보정할 수 있다.By using the
1개의 거리 변경 기구를 이용하였지만, 2개 이상의 거리 변경 기구를 이용하여도 좋다.Although one distance changing mechanism is used, two or more distance changing mechanisms may be used.
여기서는, 형상 가변 거울을 원형으로 하였지만, 원형이 아니어도 좋다. 또, 원형인 쪽이, 형상 가변 거울의 형상이 변형되는 2개의 축 중 어느 하나를 초점 거리가 최대 또는 최소로 되는 방향으로 맞추기 위하여, 형상 가변 거울을 용이하게 회전시킬 수 있다고 하는 이점이 있다.Although the shape-variable mirror is circular here, it may not be circular. Further, there is an advantage that the circularly shaped mirror can be easily rotated so as to align one of two axes in which the shape of the variable mirror is deformed in the direction in which the focal length is at the maximum or minimum.
형상 가변 거울이 변형되는 2개의 축을 직교시키는 것으로 하였지만, 반드시 직교하고 있지 않아도 좋다. 변형되는 2개의 축이 직교하고 있지 않은 경우에도, 변형이 오목하게 최대로 되는 개소와 볼록하게 최대로 되는 개소의 각도차는 대략 90°로 되고, 변형이 오목하게 최대로 되는 개소를 지나는 직선을 X축이라고 생각하고, 변형이 볼록하게 최대로 되는 개소를 지나는 직선을 Y축이라고 생각하여, X축 또는 Y축의 어느 쪽을 광의 형상의 길이가 긴 쪽 또는 짧은 쪽의 방향과 맞추어, 형상 가변 거울을 변형시키는 것에 의해 비점수차를 보정할 수 있다.Although the two axes in which the shape-variable mirrors are deformed are orthogonal, they do not necessarily have to be orthogonal. Even when the two axes to be deformed are not perpendicular to each other, the angle difference between the point where the deformation becomes concave and the convex maximum becomes approximately 90 °, and X is a straight line passing through the point where the deformation becomes concave and maximum. Think of it as the axis, and consider the straight line passing through the point where the deformation is convex to the maximum as the Y axis, and adjust either the X axis or the Y axis to the longer or shorter direction of the shape of the light, By deforming, astigmatism can be corrected.
2개의 제 1 축 부재의 고정 개소를 잇는 선분과 2개의 제 2 축 부재의 고정 개소를 잇는 선분과의 교점이, 그 선분의 중간점에 위치하도록 하였지만, 적어도 어느 한 쪽의 선분에서 중간점의 위치에 교점이 없어도 좋다. 또, 제 1 축 부재의 고정 개소를 잇는 선분에 있어서 교점이 중간점에 없는 경우에는, 이 선분의 양 단에 작용하는 힘은, 교점의 양 측의 회전 모멘트가 동일하게 되도록 교점으로부터의 거리의 역수에 비례한 크기로 된다. 제 2 축 부재의 고정 개소에 대해서도 마찬가지이다. 힘의 균형 측면에서, 2개의 제 1 축 부재의 고정 개소에 작용하는 힘의 합계와, 2개의 제 2 축 부재의 고정 개소에 작용하는 힘의 합계는 동일하게 된다.The intersection between the line connecting the two fixed points of the first shaft member and the line connecting the two fixed points of the second shaft member is positioned at the midpoint of the line segment, but at least one of the segments There may be no intersection at the location. In the case where the intersection point is not at the intermediate point in the line segment connecting the fixed point of the first shaft member, the force acting on both ends of the line segment is determined by the distance from the intersection point so that the rotation moments on both sides of the intersection point are the same. It is proportional to the inverse. The same applies to the fixing position of the second shaft member. In terms of the balance of the forces, the sum of the forces acting on the fixed points of the two first shaft members and the sum of the forces acting on the fixed points of the two second shaft members are equal.
제 1 축 부재의 고정 개소 및 제 2 축 부재의 고정 개소에 작용하는 힘을, 반사 거울에 대하여 수직으로 작용하는 것으로 하였기 때문에, 불필요한 변형이 발생할 가능성이 작다. 또, 불필요한 변형이 발생하지 않도록, 반사 거울 및 변형력 발생 기구의 강성을 충분히 크게 해주면, 제 1 축 부재의 고정 개소 및 제 2 축 부재의 고정 개소에 작용하는 힘을, 반사 거울에 대하여 수직으로 하지 않아도 좋다. 또, 형상 가변 거울에 바람직한 변형을 발생시키기 위하여 수직이 아닌 힘의 성분이 유용하면, 수직하지 않은 소정의 방향으로 힘을 가하도록 하여도 좋다.Since the force acting on the fixed position of the first shaft member and the fixed position of the second shaft member is to act perpendicular to the reflecting mirror, the possibility of unnecessary deformation is small. In addition, if the rigidity of the reflection mirror and the deformation force generating mechanism is made large enough so that unnecessary deformation does not occur, the force acting on the fixing position of the first shaft member and the fixing position of the second shaft member is not perpendicular to the reflection mirror. You don't have to. In addition, if a component of a non-vertical force is useful in order to generate a desirable deformation in the shape-variable mirror, the force may be applied in a predetermined non-vertical direction.
피에조 액츄에이터(2)를 원형 반사 거울(1)에 수직이고 X축과 Y축의 교점을 지나는 직선상에 배치하였기 때문에, 형상 가변 거울을 바람직한 형태로 변형시키기 위하여 불필요하거나 또는 방해가 되는 힘을 적게 할 수 있다. 형상 가변 거울을 바람직한 형태로 변형시키기 위하여 불필요하거나 또는 방해가 되는 힘을, 어떠한 수단에 의해 적게 또는 무해화할 수 있는 경우에는, 피에조 액츄에이터(2)가 거리를 변화시키는 그 양 단의 2점을 지나는 직선이 반사 거울에 수직하지 않거나, X 축과 Y축의 교점을 지나지 않아도 좋다.Since the
제 1 축 부재 및 제 2 축 부재로서, 이판에 2개의 다리를 갖는 형상의 것을 사용하였지만, 그 이외의 형상인 것도 무방하다. 제 1 축 부재는, 피에조 액츄에이터(2)의 일단이 고정되는 개소가 제 1 축 부재의 고정 개소에 대하여 소정의 위치에 배치되는 것이면 어떤 것이어도 좋다. 제 2 축 부재에 대해서도 마찬가지이다.As a 1st shaft member and a 2nd shaft member, although the thing of the shape which has two legs in the back plate was used, it may be a shape other than that. The first shaft member may be any as long as the position where one end of the
반사 거울의 반사면은, 볼록면이나 오목면 등과 같은 용도에 적합한 소정의 형상이어도 좋다.The reflective surface of the reflective mirror may be a predetermined shape suitable for the application such as a convex surface or a concave surface.
이상은, 다른 실시예에도 적용된다.The above is also applicable to other Example.
실시예Example 2 2
본 실시예 2는, 피에조 액츄에이터 대신에 나사 부품을 거리 변경 기구로서 사용하도록, 실시예 1을 변경한 경우이다. 도 3에, 실시예 2에서의 형상 가변 거울의 구조를 설명하는 조립도를 나타낸다. 실시예 1의 경우에서의 도 2와 비교하여, 상이한 점만을 설명한다.This
1개의 피에조 액츄에이터 대신에, 양 단에 서로 다른 피치(pitch)의 수나사(male screw)를 형성한 1개의 나사 부품(7)이 있다.Instead of one piezo actuator, there is one
X축 이판(4A)의 제 1 면의 X축 이판 중심(4E)(도시하지 않음)에는, 나사 부품(7)의 한 쪽의 나사에 나사 결합하는 암나사(female screw)를 갖는 나사 구멍(4F)이, 그 중심을 X축 이판 중심(4E)에 맞추어 설치되어 있다. Y축 이판(5A)의 제 2 면의 Y축 이판 중심(5E)(도시하지 않음)에는, 나사 부품(7)의 다른 한 쪽의 나사에 나사 결합하는 암나사를 갖는 나사 구멍(5F)이, 그 중심을 Y축 이판 중심(5E)에 맞추어 설치되어 있다.In the X-axis platen center 4E (not shown) of the first surface of the
X축 부재(4)의 나사 구멍(4F)에 나사 부품(7)을 돌려 넣고, 나사 부품(7)의 반대쪽을 Y축 부재(5)의 나사 구멍(5F)에 돌려 넣고, 나사 부품(7)을 소정 방향으로 돌려, X축 다리 저면(4C)과 Y축 다리 저면(5C)이 동일 평면상에 있고, 또한 나사 부품(7)이 양 방향으로 필요한 만큼의 회전을 할 수 있는 위치로 되도록 조정한다. 이러한 조정이 가능하도록, X축 다리(4B)와 Y축 다리(5B)의 길이의 차와, 나사 부품(7)의 양 측에 있는 나사 부분의 길이, 양 측에 있는 나사의 피치의 차, 나사 부품(7)의 전체의 길이 등을 적절히 제작해 둔다. 이러한 상태에서, X축 다리 저면(4C)과 Y축 다리 저면(5C)을 원형 반사 거울(1)의 이면(1B)에 고정한다.The
다음에 동작을 설명한다. 실시예 1과 마찬가지로, 레이저 빔 형상의 직경이 긴 방향 또는 직경이 짧은 방향과 형상 가변 거울의 X축 또는 Y축을 일치시킨다. 나사 부품(7)을 소정량만큼 회전시킨다. 레이저 빔 형상이 타원으로부터 진원에 가까워지면, 그대로 나사 부품(7)을 동일한 방향으로 회전시켜 가서, 레이저 빔 형상이 가장 진원에 가까워지는 길이로 설정한다. 나사 부품(7)을 소정량만큼 회전시키면, 레이저 빔 형상의 편평한 정도가 커지는 경우에는, 나사 부품(7)을 반대 방향으로 회전시켜, 레이저 빔 형상이 가장 진원에 가까워지는 위치까지 나사 부품(7)을 회전시킨다.Next, the operation will be described. As in the first embodiment, the long direction or the short diameter of the laser beam shape coincides with the X or Y axis of the shape-variable mirror. The
이와 같이, 나사 부품을 이용하는 경우에도, 형상 가변 거울을 안장 형상 변형시킴으로써, 형상 가변 거울이 반사하는 광의 비점수차를 보정할 수 있다.In this manner, even when the screw component is used, the astigmatism of the light reflected by the shape-variable mirror can be corrected by saddle-shaping the shape-variable mirror.
나사 부품을 사용하는 것에 의해, 형상 가변 거울의 변형력 발생 기구의 구조가 간단해진다. 또, 나사 부품을 사용하기 때문에, 비점수차가 시간에 따라 거의 변화하지 않는 대상에 대하여 적용할 필요가 있다.By using the screw component, the structure of the deformation force generating mechanism of the shape-variable mirror is simplified. Moreover, since a screw part is used, it is necessary to apply it to the object which astigmatism hardly changes with time.
나사 부품(7)의 양측의 나사는, 소정의 피치의 차가 있어도 좋고, 우나사와 좌나사에 의해 피치의 차를 만들어내어도 좋다. 피치의 차를 작게 하면, 형상 가변 거울의 안장 형상 변형을 미묘하게 조정하는 것이 용이하게 된다. 또한, 양측에 피치가 서로 다른 나사 구멍을 마련한 나사 부품을 사용하고, X축 부재와 Y축 부재에 수나사를 설치한 막대 형상의 부분을 마련하여, 나사 부품의 나사 구멍에 삽입하도록 하여도 좋다.The screws on both sides of the
이상은, 다른 실시예에도 적용된다.The above is also applicable to other Example.
실시예Example 3 3
본 실시예 3은, 통상의 나사를 거리 변경 기구로서 사용하도록, 실시예 2를 변경한 경우이다. 도 4에, 실시예 3에서의 형상 가변 거울의 구조를 설명하는 조립도를 나타낸다. 실시예 2의 경우에서의 도 3과 상이한 점만을 설명한다.In the third embodiment, the second embodiment is changed to use a normal screw as the distance change mechanism. 4, the assembly drawing explaining the structure of the shape-variable mirror in Example 3 is shown. Only differences from FIG. 3 in the case of the second embodiment will be described.
한 쪽에 나사가 형성되고 다른 한 쪽에 머리가 있는 통상의 나사(8)를 사용하고 있다. 반사 거울로부터 먼 쪽의 부재인 Y축 부재(5)에는, 나사 구멍(5F) 대신에 나사(8)의 직경보다 약간 크고 나사(8)의 머리 직경보다 작은 직경의 관통 구멍(5G)을 Y축 이판(5A)의 중심에 마련한다. X축 다리 저면(4C)과 Y축 다리 저면(5C)을 원형 반사 거울(1)의 이면(1B)에 고정한 상태에서, 나사(8)를 이 관통 구멍(5G)을 통과시키고, X축 이판(4A)의 중심에 마련한 나사(8)의 수나사와 나사 결합하는 암나사를 형성한 나사 구멍(4F)에 돌려 넣는다. 나사(8)의 머리의 뒤쪽을, Y축 이판(5A)에 접촉시키고, 나사(8)를 더 돌려 넣으면, 원형 반사 거울(1)이 안장 형상으로 변형되게 된다.A
나사(8)의 머리의 뒤쪽과 Y축 이판(5A)이 접촉하지 않게 되면, 반사 거울을 안장 형상으로 변형시키는 힘을 발생할 수 없으므로, X축이 볼록 형상으로 되는 방향으로밖에 안장 형상 변형이 불가능하다.If the back of the head of the
다음에 동작을 설명한다. 실시예 1과 마찬가지로, 레이저 빔 형상의 직경이 긴 방향 또는 직경이 짧은 방향과 형상 가변 거울의 X축 또는 Y축을 일치시킨다. 나사(8)를 소정량만큼 회전시킨다. 레이저 빔 형상이 타원으로부터 진원에 가까워지면, 그대로 나사(8)를 동일한 방향으로 회전시켜 간다. 나사(8)를 소정량만큼 회전시키면 레이저 빔 형상의 편평한 정도가 커지는 경우에는, 거울 홀더(6) 내에서 형상 가변 거울을 90° 회전시킨 후에, 동일한 방향으로 나사(8)를 회전시켜 간다. 레이저 빔의 형상을 감시하면서 나사(8)를 회전시켜, 레이저 빔 형상이 가장 진원에 가까워지는 위치까지 나사(8)를 돌려 넣는다.Next, the operation will be described. As in the first embodiment, the long direction or the short diameter of the laser beam shape coincides with the X or Y axis of the shape-variable mirror. The
이와 같이, 통상의 나사를 이용하는 경우에도, 형상 가변 거울을 안장 형상으로 변형시킴으로써, 형상 가변 거울이 반사하는 광의 비점수차를 보정할 수 있다.As described above, even when a conventional screw is used, the astigmatism of the light reflected by the shape variable mirror can be corrected by deforming the shape variable mirror to a saddle shape.
실시예Example 4 4
본 실시예 4는, 2개의 피에조 액츄에이터를 사용한 경우이다. 도 5에, 실시예 4에서의 형상 가변 거울의 구조를 설명하는 조립도를 나타낸다.In the fourth embodiment, two piezo actuators are used. 5, the assembly drawing explaining the structure of the shape-variable mirror in Example 4 is shown.
원형 반사 거울(1)은 실시예 1 내지 3까지의 경우와 동일하다. 변형력 발생 기구(3)가, 구조 부재(9)와 2개의 피에조 액츄에이터(2)로 구성된다. 구조 부재(9)의 형상은, 실시예 1의 경우에서의 X축 부재(4)의 형상과 대략 동일하며, 이판(9A)과 2개의 다리(9B)를 갖는다. 단, 실시예 1의 경우에서의 X축 부재(4)에 있던 노치(4D)는 없으며, 노치가 있던 위치에는 피에조 액츄에이터(2)가 고정된다. 2개의 다리(9B)의 길이는 동일하며, 피에조 액츄에이터(2)의 길이가 변화 가능 범위의 대략 중간에 있을 때의 길이와 동등하다.The circular reflecting
다리(9B)의 저면을 다리 저면(9C)이라고 부른다. 2개의 다리 저면(9C)의 중심을 잇는 직선을 X축이라고 부르고, X축과 이판(9A)의 중심에서 직교하는 직선을 Y축이라고 부른다. Y축 상에 있는 이판(9A)의 양 측의 단부(9D)에는, 각각 1개의 피에조 액츄에이터(2)의 일단을 고정한다. 피에조 액츄에이터(2)에 통전시켜 피에조 액츄에이터(2)의 길이가 다리(9B)와 동일하게 된 상태에서, 피에조 액츄에이터(2)의 또 다른 일단과 다리 저면(9C)을, 원형 반사 거울(1)의 이면(1B)에 고정한다. 또, 2개의 다리(9B)의 길이를 피에조 액츄에이터(2)가 최단일 때의 길이와 동일하게 하여도 좋으며, 그렇게 하면 원형 반사 거울(1)의 이면(1B)과의 고정시에 피에조 액츄에이터(2)를 통전시키지 않아도 되게 된다. 단, Y축에서 중앙부가 들어간 안장 형상 변형밖에는 불가능하게 되거나, 피에조 액츄에이터(2)를 통전시킨 상태에서 거울면(1A)을 평면으로 연마할 필요가 있다.The bottom of the
여기서, 구조 부재(9)가 제 1 축 부재이고, 피에조 액츄에이터(2)가 제 1 및 제 2 거리 변경 기구이다. 원형 반사 거울(1)의 이면(1B)에 있어서, 2개의 다리(9B)를 고정하는 개소를 잇는 선분과 2개의 피에조 액츄에이터(2)의 일단이 고정 되는 개소를 잇는 선분은 교차한다.Here, the
다음에 동작을 설명한다. 2개의 피에조 액츄에이터(2)의 길이를 동일하게 한다고 하는 제약을 지켜 길이를 조정하면, 형상 가변 거울을 안장 형상으로 변형시킬 수 있다. 형상 가변 거울의 방향과 비점수차가 발생하고 있는 방향을 맞추어, 안장 형상 변형의 정도를 적절히 조정하면, 비점수차를 보정할 수 있다.Next, the operation will be described. The shape variable mirror can be deformed into a saddle shape by adjusting the length while keeping the restriction that the lengths of the two
이와 같이, 2개의 피에조 액츄에이터(2)를 이용하여 형상 가변 거울을 안장 형상으로 변형시킴으로써, 형상 가변 거울이 반사하는 광의 비점수차를 보정할 수 있다.In this way, by using the two
피에조 액츄에이터 대신에, 나사 부품 등을 거리 변경 기구로서 사용하여도 좋다. 일단이 제 1 축 부재에 고정되고 또 다른 일단이 반사 거울의 이면에 고정되며, 그 길이를 변경할 수 있는 거리 변경 기구이면, 어떠한 것이어도 좋다.Instead of the piezo actuator, a screw component or the like may be used as the distance changing mechanism. As long as one end is fixed to a 1st shaft member, the other end is fixed to the back surface of a reflection mirror, and what kind of thing may be sufficient as it is a distance change mechanism which can change the length.
이상은 제 1 및 제 2 거리 변경 기구를 사용하는 다른 실시예에도 적용된다.The above also applies to other embodiments using the first and second distance changing mechanisms.
실시예Example 5 5
본 실시예 5는, 형상 가변 거울을 안장 형상이 아니라 중앙이 나오거나 들어간 기둥면 형상으로 변형시키도록, 실시예 2를 변경한 경우이다. 도 6에, 실시예 5에서의 형상 가변 거울의 구조를 설명하는 조립도를 나타낸다. 실시예 2의 경우에서의 도 3과 다른 점만을 설명한다. 또한, 도 7은, 실시예 5에서의 형상 가변 거울의 개념을 설명하기 위한 도면이다.The fifth embodiment is a case where the second embodiment is modified so that the shape-variable mirror is not deformed into a saddle shape but into a columnar shape with a center or recess. 6, the assembly drawing explaining the structure of the shape-variable mirror in Example 5 is shown. Only differences from FIG. 3 in the case of the second embodiment will be described. 7 is a figure for demonstrating the concept of the shape-variable mirror in Example 5. FIG.
X축 다리(4B)의 횡폭이 길어, X축 상에서 나사 구멍(4F)이 아닌 부분에는 모두 X축 다리(4B)를 설치하고 있다. 그 때문에, X축 상의 거의 전체에 균등하게 하 중 A가 가해지므로, X축에 평행한 직선 상에서는 변위가 동일하게 되어, 형상 가변 거울은 안장 형상이 아니라, 도 7에 도시하는 바와 같이 중앙이 나온 기둥면 형상으로 변형되게 된다. 또, 도 7에 도시하는 바와 같은 Y축에 평행한 직선상에서 중앙이 나와 X축에 평행한 직선상에서는 변위가 동일하게 되는 것과 같은 변형뿐만 아니라, Y축에 평행한 직선상에서 중앙이 들어가 X축에 평행한 직선상에서는 변위가 동일하게 되는 것과 같은 변형도, 기둥면 형상으로 변형되는 것으로 부르기로 한다.The horizontal width of the
X축 다리(4B)가 가로로 길기 때문에, X축 상의 나사 구멍(4F) 이외의 개소에서 X축 다리(4B)는 원형 반사 거울(1)의 이면(1B)에 고정되게 되고, X축 다리(4B)의 양 단을 잇는 선분의 중앙의 Y축과의 교점 부근에서도 원형 반사 거울(1)의 이면(1B)에 X축 부재(4)는 고정된다. Y축과의 교점 부근에 X축 부재(4)가 고정되지 않고 안장 형상으로 변형되는 경우에는, Y축 다리(5B)의 2개소의 고정 개소에 작용하는 하중 B에 의해 Y축과의 교점 부근이, 양 단과 비교하여 X축 상에서는 가장 변위가 커진다. 이에 반하여, X축 상의 Y축과의 교점 부근에 X축 부재(4)가 고정되면, 이 고정 개소에서는 거의 변위될 수 없게 되어, X축 상 및 X축에 평행한 직선상에서의 변위는 위치에 관계없이 대략 동일하게 된다.Since the
기둥면 형상으로 변형시킨 원형 반사 거울(1)에 의해 반사되는 광의 초점 거리가 짧은 방향을 Y축에 맞추면, Y축에서는 볼록면이기 때문에 반사되는 광의 초점 거리가 길어지고, X축에서는 평면이기 때문에 반사되는 광의 초점 거리는 변화하지 않는다. 이것은, Y축의 초점 거리를 X축의 초점 거리에 근접시켜 초점 거리의 차 를 감소시키는 것을 의미한다. 즉, 기둥면 형상의 변형의 정도를 적절하게 조정하면, X축과 Y축의 초점 거리를 동일하게 하여 비점수차를 보정할 수 있게 된다.When the focal length of the light reflected by the circular reflecting
본 실시예 5에서도, 형상 가변 거울을 안장 형상이 아니라 기둥면 형상으로 변형시키는 점은 다르지만, 실시예 2와 마찬가지로 동작한다.Also in the fifth embodiment, the point of changing the shape-variable mirror into a columnar shape instead of a saddle shape is different, but operates in the same manner as in the second embodiment.
이와 같이, 형상 가변 거울을 기둥면 형상으로 변형시키는 것에 의해, 형상 가변 거울이 반사하는 광의 비점수차를 보정할 수 있다.Thus, by transforming the shape-variable mirror into the columnar shape, the astigmatism of the light reflected by the shape-variable mirror can be corrected.
또, 나사 부품(7) 대신에 피에조 액츄에이터를 이용하여도 좋다.In addition, a piezo actuator may be used instead of the
X축 부재(4)가 가로로 긴 2개의 X축 다리(4B)를 갖고, 나사 구멍(4F) 이외의 X축 상의 대략 전체에 동일한 방향의 힘이 가해지도록 하였지만, 어느 한 쪽의 X축 다리(4B)만을 가로로 길게 하여도 좋고, X축 다리(4B)의 수를 늘려, X축 상의 3개소 이상에서 X축 부재(4)를 반사 거울의 이면에 고정시켜도 좋다. 또, 양 단 이외의 적어도 1개소는, X축 상에서는 거의 변위의 차가 발생하지 않도록, 양 단의 X축 다리(4B)를 잇는 선분의 중앙의 Y축과의 교점 부근, 즉 안장 형상 변형의 경우에 X축 상에서 양 단과 비교해서 가장 변위가 커지는 위치 부근에 배치한다. 또한, 나사 구멍(4F)이 불필요한 경우에는, 1개의 선 형상의 X축 다리(4B)에 의해, X축 상의 대략 전체에서 X축 부재(4)를 반사 거울의 이면에 고정하여도 좋다.Although the
이상은 다른 실시예에서도 적용된다.The above is also applicable to other embodiments.
실시예Example 6 6
본 실시예 6은, 2개의 피에조 액츄에이터를 이용하여 형상 가변 거울을 기둥면 형상으로 변형시키도록, 실시예 4를 변경한 경우이다. 도 8에, 실시예 6에서의 형상 가변 거울의 구조를 설명하는 조립도를 나타낸다. 실시예 4의 경우에서의 도 5와 상이한 점만을 설명한다.In the sixth embodiment, the fourth embodiment is modified to deform the shape-variable mirror into a columnar shape using two piezo actuators. 8, the assembly drawing explaining the structure of the shape-variable mirror in Example 6 is shown. Only differences from FIG. 5 in the case of the fourth embodiment will be described.
구조 부재(9)의 다리(9B)가 3개이고, X축 상의 양 단 이외에 중앙의 Y축과의 교점 부근에서도 다리(9B)가 원형 반사 거울(1)의 이면(1B)에 고정된다. 또, 다리(9B)의 높이는 모두 동일하다. 한 가운데의 다리(9B)가 있기 때문에, 2개의 피에조 액츄에이터(2)의 길이를 변경하여도, X축에 평행한 직선상에서는 변위가 대략 동일하게 되어, 형상 가변 거울은 기둥면 형상으로 변형되게 된다.There are three
본 실시예 6에서도, 2개의 피에조 액츄에이터(2)의 길이를 변경하는 것에 의해, 형상 가변 거울을 기둥면 형상으로 변형할 수 있으며, 기둥면 형상으로 변형하는 것에 의해, 형상 가변 거울이 반사하는 광의 비점수차를 보정할 수 있다.Also in the sixth embodiment, by changing the lengths of the two
실시예Example 7 7
본 실시예 7은 실시예 1 내지 6 중 어느 하나의 형상 가변 거울을 레이저 가공 장치에 적용한 경우이다. 도 9에 레이저 가공 장치의 구성도를 나타낸다. 레이저 발진기(50)로부터 출사된 레이저 빔(51)은, 광로 도중의 반사 거울(52) 등에 의해 전송되어, 2조(組)의 갈바노미터(53) 및 갈바노미터(53)의 회전에 의해 회전 구동되는 갈바노 스캐너 거울(galvano scanner mirror)(54)에 의해 2차원 주사되고, 집광 렌즈(55)에 의해 피가공물(56) 상에 위치 결정, 조사된다. 피가공물(56) 상의 점선으로 둘러싼 사각의 범위는 주사 가능 범위(57)이다. 피가공물(56)은 테이블(58)에 탑재되고, 테이블(58)은 2개의 테이블 구동 장치(59)에 의해 2차원으로 소정의 범위에서 이동 가능하다.This Example 7 is a case where the shape variable mirror of any one of Examples 1 to 6 is applied to a laser processing apparatus. The structural diagram of a laser processing apparatus is shown in FIG. The
도 10에, 비점수차의 보정을 실시하지 않는 경우에 레이저 가공 장치에 의해 천공 가공된 피가공물 표면의 사진을 나타낸다. 도면에 있어서의 상하 방향으로, 초점 위치를 광축 방향으로 등간격으로 변화시키면서[집광 렌즈(55) 혹은 피가공물(56)을 광축 방향을 따라 등간격으로 이동시키면서], 천공 가공을 한 것이다. 1회만으로 가공 정밀도의 좋고 나쁨을 판단하기 곤란하므로, 동일 조건으로 복수 회 실시하고 있다. 그 때문에, 도 10에는, 복수 열의 천공 가공된 구멍이 있다. 도 10에서는 레이저 빔으로서 허용할 수 있는 것은, 위에서부터 4열째의 1열뿐이다. 레이저 빔으로서 허용할 수 있는지 여부는, 천공된 구멍의 진원도가, 예컨대 90％ 이상인 등의 소정의 기준에 따라 판단한다.In FIG. 10, the photograph of the to-be-processed workpiece surface with the laser processing apparatus in the case of not correcting astigmatism is shown. In the up-down direction in the figure, drilling was performed while changing the focal position at equal intervals in the optical axis direction (moving the
초점 위치가 변화됨에 따라서, 가공 구멍 형상이 세로로 긴 타원으로부터 가로로 긴 타원으로 변화되어 있다. 가공 구멍 형상은, 피가공물 표면에 있어서의 레이저 빔 스팟(laser beam spot)의 형태를 나타내고 있다. 즉, 이 가공 광학계에는 무시할 수 없는 비점수차가 발생하고 있다.As the focal position is changed, the processing hole shape is changed from a longitudinally long ellipse to a laterally long ellipse. The shape of the processing hole represents the form of a laser beam spot on the surface of the workpiece. In other words, astigmatism that cannot be ignored is generated in this processing optical system.
이 가공 광학계에 대하여, 실시예 1∼6 중 어느 하나의 형상 가변 거울을 반사 거울(52)로서 사용하여, 비점수차를 보정한다. 도 10에 도시한 가공 구멍의 타원의 장축 방향 혹은 단축 방향에, 상기 형상 가변 거울의 X축 혹은 Y축을 맞추도록 형상 가변 거울을 설치하고, 타원의 가공 구멍이 진원에 가까워지도록 형상 가변 거울의 변형량을, 피에조 액츄에이터의 구동 전압 혹은 나사의 회전량에 따라 제어한다. 이렇게 하여 비점수차를 보정한 후에 도 10과 동일한 조건에서 천공 가공을 실시하여 얻어진 피가공물 표면의 구멍의 사진을, 도 11에 나타낸다. 도 11에서는 레이저 빔으로서 허용할 수 있는 것은, 위에서부터 3∼7열째의 5열이다. 비점수차가 감소하고 초점 심도가 확대되고 있는 것을 알 수 있다.For this processing optical system, astigmatism is corrected by using the shape-variable mirror of any one of Examples 1 to 6 as the
초점 심도의 확대에 의해, 피가공물 표면에 굴곡 등이 있었다고 하더라도, 안정된 레이저 가공을 실현할 수 있다. 또, 반사 거울(52) 이외의 광로 도중의 거울을 형상 가변 거울로 하여도 좋다.By expanding the depth of focus, stable laser processing can be realized even if there is bending or the like on the surface of the workpiece. Moreover, you may use the mirror in the optical path other than the reflecting
본 실시예 7에서는, 도 9에 도시하는 바와 같이 레이저 빔(51)도, 피가공물(56)을 유지하는 테이블(58)도 2차원 주사되는 레이저 가공 장치를 사용하였지만, 형상 가변 거울을 사용하는 효과는 가공 광학계의 비점수차에 대하여 작용하는 것이며, 주사의 방법에 의존하는 것은 아니다. 즉, 레이저 빔(51), 집광 렌즈(55), 테이블(58)의 어느 것이 1차원, 2차원 혹은 3차원의 주사, 혹은 주사를 하지 않는 레이저 가공 장치에 있어서도, 마찬가지의 효과가 얻어진다. 레이저 빔은, 단(單) 펄스, 복수 펄스 혹은 연속 발진의 어느 것이어도 좋다. 가공 내용은, 천공에 한정되지 않고, 절단, 변형, 용접, 열 처리, 혹은 마킹(marking) 등의 레이저에 의해 가공 가능한 것이면 어떠한 것이어도 좋다. 또한, 피가공물에는, 연소, 용융, 승화 혹은 변색 등의 레이저에 의해 발생할 수 있는 변화이면 어떠한 변화를 발생시켜도 좋다.In the seventh embodiment, although the
단 펄스, 복수 펄스 혹은 연속 발진의 레이저 빔을 피가공물면 상에서 위치 결정 조사하여, 피가공물을 연소, 용융, 승화 혹은 변색시키고, 절단, 천공, 변형, 용접, 열 처리, 혹은 마킹 등의 가공을 실시하는 레이저 가공 장치에 있어서, 반사면이 안장 형상 또는 기둥면 형상으로 되도록 변형시킬 수 있는 형상 가변 거울을 갖는 비점수차 보정 기구를 구비하는 레이저 가공 장치이면, 레이저 빔의 비점수차를 보정할 수 있어, 가공 정밀도를 향상시킬 수 있다.By positioning and irradiating a laser beam of short pulse, multiple pulses or continuous oscillation on the workpiece surface, the workpiece is burned, melted, sublimed or discolored, and cut, drilled, deformed, welded, heat treated or marked. In the laser processing apparatus performed, if it is a laser processing apparatus provided with the astigmatism correction mechanism which has a shape variable mirror which can be deformed so that a reflective surface may become a saddle shape or a columnar shape, the astigmatism of a laser beam can be corrected, Machining precision can be improved.
또한, 단 펄스, 복수 펄스 혹은 연속 발진의 레이저 빔을, 피가공물면 상에서 위치 결정 조사하여, 피가공물을 연소, 용융, 승화 혹은 변색시키고, 절단, 천공, 변형, 용접, 열 처리, 혹은 마킹 등의 가공을 실시하는 레이저 가공 방법에 있어서, 전송 광로 도중의 반사 거울을 반사면이 안장 형상 또는 기둥면 형상으로 되도록 변형시킴으로써, 레이저 빔의 비점수차를 보정하는 레이저 가공 방법에 따르면, 레이저 빔의 비점수차를 보정할 수 있어, 가공 정밀도를 향상시킬 수 있다.Further, the laser beam of short pulse, plural pulses or continuous oscillation is irradiated on the workpiece surface to burn, melt, sublimate or discolor the workpiece, cutting, drilling, deformation, welding, heat treatment, marking or the like. According to a laser processing method for processing a laser beam, according to a laser processing method for correcting astigmatism of a laser beam by modifying a reflecting mirror in the transmission optical path such that the reflecting surface becomes a saddle shape or a columnar shape, the astigmatism of the laser beam Can be corrected, and the machining accuracy can be improved.
본 발명에 따른 형상 가변 거울은, 한 쪽에 반사면을 갖는 반사 거울과, 해당 반사 거울의 이면에 2개소에서 고정된 제 1 축 부재와, 상기 반사 거울의 이면에 고정된 2개의 다리를 갖고 상기 제 1 축 부재를 가로 걸치는 제 2 축 부재와, 해당 제 2 축 부재와 상기 제 1 축 부재 사이의 거리를 변화시키는 거리 변경 기구를 구비하고, 상기 제 1 축 부재를 고정하는 개소를 잇는 선분과 상기 제 2 축 부재의 상기 다리를 고정하는 개소를 잇는 선분이 교차하는 것을 특징으로 하기 때문에, 반사 거울이 반사하는 광의 비점수차를 보정할 수 있는 효과가 있다.The shape-variable mirror according to the present invention includes a reflective mirror having a reflective surface on one side, a first shaft member fixed at two positions on the rear surface of the reflective mirror, and two legs fixed on the rear surface of the reflective mirror. A line segment comprising a second shaft member that spans the first shaft member, a distance changing mechanism for changing a distance between the second shaft member and the first shaft member, and connecting a portion to fix the first shaft member; Since the line segments connecting the points fixing the legs of the second shaft member intersect, the astigmatism of the light reflected by the reflection mirror is corrected.
또한, 한 쪽에 반사면을 갖는 반사 거울과, 해당 반사 거울의 이면에 2개소에서 고정된 제 1 축 부재와, 해당 제 1 축 부재에 일단이 고정되고 또 다른 일단이 상기 반사 거울의 이면에 고정되는 제 1 및 제 2 거리 변경 기구를 구비하고, 상기 제 1 축 부재를 고정하는 개소를 잇는 선분과 상기 제 1 및 제 2 거리 변경 기구를 고정하는 개소를 잇는 선분이 교차하는 것을 특징으로 하기 때문에, 반사 거울이 반사하는 광의 비점수차를 보정할 수 있는 효과가 있다.In addition, a reflective mirror having a reflective surface on one side, a first shaft member fixed at two positions on the rear surface of the reflective mirror, one end is fixed to the first shaft member, and the other end is fixed to the rear surface of the reflective mirror. Since it is provided with the 1st and 2nd distance changing mechanism which becomes, and the line segment which connects the location which fixes the said 1st shaft member, and the line segment which connects the location which fixes the said 1st and 2nd distance change mechanism crosses, Therefore, there is an effect that can correct the astigmatism of the light reflected by the reflection mirror.
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