JPH0455083A - レーザ光のスキャナ装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は光ファイバから出射されるレーザ光を走査さ
せるためのスキャナ装置に関する。

（従来の技術） たとえば、レーザ光によってマーキングなどの加工を行
なう場合、レーザ光を被加工物上で走査させるというこ
とが行われる。そのような場合のスキャナ装置としては
、第５図に示すようにレーザ光りをレーザ光源から光フ
ァイバ１で導き、この光ファイバ１がら出射されたレー
ザ光りを集光レンズ２で集束してスキャニングミラー３
で反射させる。そして、このスキャニングミラー３を回
動させることで、上記集光レンズ２によって集束された
集光スポットｓを上記被加工物４上で走査させるように
している。

ところで、光ファイバ１がら出射されるレーザ光Ｌ＋７
）ＮＡ　（開口数）は通常０．２〜０．２５なノテ、集
光スポットＳを光ファイバ１の径よりも小さくし、集光
密度を上げようとすると、第６図に示されるように光フ
ァイバ１の出射端面と集光レンズ２との間隔Ａおよび集
光レンズ２と被加工物４との間隔Ｂがともに小さくなる
。

そのため、集光レンズ２と被加工物４との間にスキャニ
ングミラー３を設置することができないことがあり、そ
のような場合には第５図に示すスキャナ装置を構成する
ことが難しい。とくに、レーザ光りを被加工物４上でＸ
Ｙ力方向二方向に走査させる場合には、集光レンズ２と
被加工物４との狭い隙間に２つのスキャニングミラー３
を設置しなければならないから、実用上、種々の問題が
生じる。

（発明が解決しようとする課題） このように、従来のスキャニング装置は、スキャニング
ミラーを回動させてレーザ光を走査させるようにしてい
たので、光ファイバから出射されるレーザ光の集光スポ
ットを小さくして集光密度を上げようとすると、集光レ
ンズと被加工物との間隔が小さくなり、レーザ光を走査
させるためのスキャニングミラーを設置することができ
ないということがあった。

この発明は上記事情にもとずきなされたもので、その目
的とするところは、スキャニングミラーを用いることな
く光ファイバから出射されるレーザ光の集光密度を上げ
て走査させることができるようにしたレーザ光のスキャ
ナ装置を提供することにある。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段及び作用）上記課題を解決
するためにこの発明は、レーザ光が出射される出射端側
の所定の長さが軸方向と交差するＸＹ力方向変位自在に
設けられた光ファイバと、この光ファイバの出射端部に
取着された磁性体と、この磁性体の周囲に周方向に所定
間隔で配置された少なくとも３つ以上の電磁石と、各電
磁石に発生する電磁力を制御する制御手段と、上記光フ
ァイバの出射端側に設けられ上記磁性体が上記電磁石に
吸引されて生じる上記光ファイバの出射端側の変位に対
して反発力を発生する弾性部材とを具備する。

このような構成によれば、光ファイバの出射端側をＸＹ
力方向変位させてレーザ光を走査させるため、集光レン
ズと被加工物との間にスキャニングミラーを設置せずに
すむ。そのため、光ファイバから出射されるレーザ光の
集光スポットを小さくして集光密度を上げることにより
、集光レンズと被加工物との間隔が小さくなっても、実
用上、問題となることがない。

（実施例） 以下、この発明の一実施例を第１図乃至第３図を参照し
て説明する。第１図に示すスキャナ装置はレーザ光源１
１を備えている。このレーザ光源１１から出力されたレ
ーザ光りは光ファイバ１２の一端から入射し他端側であ
る出射端側から出射するようになっている。光ファイバ
１２の他端側は水平に配設された支持体１３に保持され
ている。光ファイバ１２はコア１２ａをクラッド１２ｂ
によって被覆してなる。この光ファイバ１２の上記支持
体１３の下面側に突出した部分はクラッド１２ｂが除去
され、コア１２ａが露出している。それによって、光フ
ァイバ１２の出射端側はクラッド１２ｂで被覆されてい
る部分に比べて可撓性が大きく、変形しやすい状態とな
っている。

上記光ファイバ１２の出射端部にはリング状の磁性体１
４が取着されている。また、光ファイバ１２のクラッド
１２ｂが除去された出射端側には弾性部材としてのコイ
ルばね１５が装着されている。このコイルばね１５は、
一端が上記支持体１３に連結され、他端が上記磁性体１
４に連結されている。したがって、光ファイバ１２の出
射端側は上記コイルばね１５の弾性力に抗して後述する
ように変形するようになっている。

上記光ファイバ１２から出射されたレーザ光りは集光レ
ンズ１６で集束されて被加工物１７を照射するようにな
っている。

上記磁性体１４の周囲にはコイルからなる第１乃至第４
の電磁石１８ａ〜１８ｄが周方向に９０度間隔で配置さ
れている。各電磁石１８ａ〜１８ｄには、第３図に示す
ようにそれぞれ第１乃至第４のトランジスタ１９ａ〜１
９ｄを介して制御手段であるコントローラ２１が接続さ
れている。すなわち、各電磁石１８ａ〜１８ｄは各トラ
ンジスタ１９ａ〜１９ｄのエミッタＥに一端が接続され
、他端はアースされている。また、トランジスタ１９ａ
〜１９ｄのコレクタＣは図示しない電源に接続され、ベ
ースＢは上記コントローラ２１に設けられた第１乃至第
４の増幅器２２ａ〜２２ｄに接続されている。各増幅器
２２ａ〜２２ｄには第１乃至第４の位相器２３ａ〜２３
ｄが接続され、これら位相器２３ａ〜２３ｄには正弦波
からなる駆動電力を発生する発振器２６が接続されてい
る。

そして、上記各増幅器２２ａ〜２２ｄと位相器２３ａ〜
２３ｄはマイクロコンピュータ２５によって制御される
ようになっている。

上記発振器２４で発生した正弦波からなる駆動電力が各
位相器２３ａ〜２３ｄに入力されると、各位相器２３ａ
〜２３ｄからの出力は上記マイクロコンピュータ２５か
らの制御信号によってたとえば第４図（ａ）〜（ｄ）に
示されるように９０度ずつ位相がずらされた出力信号と
なって第１乃至第４の増幅器２２ａ〜２２ｄに入力され
る。これら増幅器２２ａ〜２２ｄは各位相器２３ａ〜２
３ｄからの駆動電力の振幅を上記マイクロコンピュータ
２１からの信号にもとずいて制御する。

したがって、各トランジス１９ａ〜１９ｄのベースＢに
は、位相と振幅とが制御された駆動電力が加わるから、
エミッタＥに接続された各電磁石１８ａ〜１８ｄにはベ
ースＢに加えられた駆動信号に対応する位相と振幅の電
流が流れることになる。

つぎに、上記構成のスキャナ装置によって光ファイバ１
２から出射されるレーザ光りを被加工物１７上で走査さ
せる場合について説明する。まず、マイクロコンピュー
タ２５によってレーザ光りの走査軌跡を設定する。それ
によって、発振器２４で発生された正弦波からなる駆動
電力の位相と振幅とが各位相器２３ａ〜２３ｄと増幅器
２２ａ〜２２ｄによって制御されて第１乃至第４のトラ
ンジスタ１９ａ〜１９ｄのベースＢに加わる。

各トランジスタ１９ａ〜１９ｄのエミッタＥに接続され
た電磁石１８ａ〜１８ｄにはベースＢに加わった電力に
応じた電流が流れる。各電磁石１８ａ〜１８ｄに電流が
流れれば、各電磁石１８ａ〜１８ｄはその電流に応じた
電磁力を発生するから、その電磁力によって光ファイバ
１２の出射端部に取着された磁性体１４が吸引される。

第１乃至第４の電磁石１８ａ〜１８ｄに発生する電磁力
は位相器２３ａ〜２３ｄと増幅器２２ａ〜２２ｄとによ
ってそれぞれ位相と振幅とが制御される。したかって、
第１乃至第４の電磁石１８ａ〜１８ｄに位相と振幅とが
制御された電磁力を発生させれば、その差に応じて上記
磁性体１４とともに光ファイバ１２のクラッド１２ｂが
除去された出射端側の部分をコイルばね１５の復元力に
抗してＸＹ力方向変位させることができるから、光ファ
イバ１２から出射されるレーザ光りを被加工物１７上で
走査させることができる。

つぎに、各電磁石１８ａ〜１８ｄに発生する電磁力の位
相と振幅とを制御する具体例について説明する。まず、
光ファイバ１２の出射端の動き（ＸＳＹ）は、 Ｘ−Ｘｏ　　−ｓｉ口　　（ωｔ　　）　　　　　　　
　　−１（１）　　式Ｙ−Ｙｏ　−５ｉｎ　（ωｔ＋６
）　　−（２）式で表せられる。上記ωは角周波数、δ
はＸ、Ｙ方向における位相差である。したがって、（Ｘ
、Ｙ）は次式を満足する軌跡を描くことになる。

（Ｘ／Ｘｏ）２−２・　（Ｘ−Ｙ） ／　（Ｘｏ　”　Ｙｏ　）　・ｃｏｓδ＋（Ｙ／Ｙｏ）
２＝ｓｉｎ２δ　　　　　　　　・・・（３）式上記Ｘ
。、ＹｏはＶｘ　、ｖｙの電圧を互いに対向する電磁石
間で逆相にかけた場合の光ファイバ１２の出射端部が動
く最大偏位位置（座標）を示す。

上記（３）式においてδ−〇のときには、（Ｘ／　Ｘｏ
　　Ｙ／　Ｙｏ　）　２＝　０　−　（５）式となるか
ら、光ファイバ１２の出射端部の軌跡は直線となる。

また、δ−π／２のときには、 （Ｘ／ＸＯ）　２＋　（Ｙ／Ｙｏ　）　２−１・・・（
６）式 となるから、光ファイバ１２の出射端部の軌跡は楕円と
なる。

さらに、Ｘｏ−Ｙｏならば、光ファイバ１２の出射端部
の軌跡は円となる。

このように、４つの電磁石１８ａ〜１８ｄに流れる電流
の位相と振幅を制御すれば、各電磁石１８ａ〜１８ｄが
光ファイバ１２の出射端部に設けられた磁性体１４を吸
引する吸引力を変えることができるから、上記光ファイ
バ１２の出射端部の軌跡を任意にコントロールすること
ができる。

また、電磁石１８ａ〜１８ｄは光ファイバ１２の出射端
側に設けられたコイルばね１５の復元力に抗して上記光
ファイバ１２の出射端側がＸ１Ｙ方向に駆動される。そ
のため、各電磁石１８ａ〜１８ｄの電磁力のわずかな変
動に応じて上記光ファイバ１２の出射端側がコイルばね
１５の復元力によって応動するから、上記光ファイバ１
２の出射端部を精度よく変位させることができる。

しかも、光ファイバ１２を駆動してレーザ光りを走査さ
せるため、集光レンズ１６と被加工物１７との間にスキ
ャニングミラーなどの光学部品を配置せずにすむ。その
ため、光ファイバ１２から出射されるレーザ光りの集光
密度を上げることで、集光レンズ１６と被加工物１７と
の間隔が小さくなっても、スキャナ装置が構成できなく
なるようなことがない。

なお、この発明は上記一実施例に限定されるものでなく
、種々変形可能である。たとえば、上記一実施例では磁
性体の周囲に４つの電磁石を配置したが、その数は限定
されるものでなく、３つあるいは５つ以上であってもよ
い。また、光ファイバの出射端側に設けられる弾性部材
はコイルばねに限定されず、ゴムなどの弾性材料で作ら
れた筒状部材あるいは２組の平行板ばねなどであっても
よく、要は光ファイバの出射端側を電磁石の吸引力に抗
して弾性的に変位するよう保持することができればよい
。

［発明の効果］ 以上述べたようにこの発明は、弾性部材が設けられた光
ファイバの出射端側に磁性体を取着し、この磁性体の周
囲に少なくとも３つ以上の電磁石を配置し、各電磁石に
発生する電磁力を制御して上記光ファイバの出射端側を
変位させることで、この光ファイバから出射されるレー
ザ光を走査させるようにした。したがって、集光密度を
上げることで上記光ファイバから出射されたレーザ光を
集光する集光レンズと被加工物との間隔が小さくなって
も、レーザ光をスキャニングミラーによって走査させる
従来の場合のようにスキャニングミラーを配置するスペ
ースが確保できなくなるというようなことがない。また
、質量的に比較的軽い光ファイバを変形させることでレ
ーザ光を走査させるため、応答速度を速くすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すスキャナ装置の概略
的構成図、第２図は同じく第１図の■−ｎ線に沿う断面
図、第３図は同じくコントローラの構成図、第４図（ａ
）〜（ｄ）は各電磁石に加えられる電流の波形の説明図
、第５図と第６図はそれぞれ従来のレーザ光を走査させ
るための光学系の説明図である。 １２・・・光ファイバ、１４・・・磁性体、１５・・・
コイルばね（弾性部材）、１８ａ〜１８ｄ・・・電磁石
、２１・・・コントローラ（制御手段）。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. レーザ光が出射される出射端側の所定の長さが軸方向と
   交差するＸＹ方向に変位自在に設けられた光ファイバと
   、この光ファイバの出射端部に取着された磁性体と、こ
   の磁性体の周囲に周方向に所定間隔で配置された少なく
   とも３つ以上の電磁石と、各電磁石に発生する電磁力を
   制御する制御手段と、上記光ファイバの出射端側に設け
   られ上記磁性体が上記電磁石に吸引されて生じる上記光
   ファイバの出射端側の変位に対して反発力を発生する弾
   性部材とを具備したことを特徴とする光ファイバのスキ
   ャナ装置。