JPH1076385A - Optical system for laser processing - Google Patents

Optical system for laser processing

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Publication number
JPH1076385A
JPH1076385A JP8230386A JP23038696A JPH1076385A JP H1076385 A JPH1076385 A JP H1076385A JP 8230386 A JP8230386 A JP 8230386A JP 23038696 A JP23038696 A JP 23038696A JP H1076385 A JPH1076385 A JP H1076385A
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JP
Japan
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laser beam
power density
laser
lens
density distribution
Prior art date
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Pending
Application number
JP8230386A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kojiro Ogata
浩二郎 緒方
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Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Publication date
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  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】出力を大きくすることでマルチモードとなった
拡り角の大きいレーザビームを集光しても、十分にパワ
ー密度を集中させることが可能なレーザ加工用光学系を
提供する。 【解決手段】集光レンズ3の前のレーザビーム5の光路
上に光線入れ換え光学手段としてのコーンレンズ10を
配置する。これにより、コーンレンズ10から出射後の
レーザビーム5断面内のパワー密度分布P2が中心部で
大きく、最外周部で小さくなる。このようなパワー密度
分布のレーザビーム5を集光レンズ3で集光し、その集
光位置で十分にパワー密度を集中させたパワー密度分布
を得る。
(57) [Summary] [Problem] An optical system for laser processing capable of sufficiently concentrating the power density even if a laser beam with a large divergence angle, which has become multi-mode by increasing the output, is focused. I will provide a. A cone lens (10) is disposed on a light path of a laser beam (5) before a condenser lens (3) as a light beam changing optical unit. As a result, the power density distribution P 2 in the cross section of the laser beam 5 emitted from the cone lens 10 is large at the central portion and small at the outermost peripheral portion. The laser beam 5 having such a power density distribution is condensed by the condenser lens 3, and a power density distribution in which the power density is sufficiently concentrated at the condensing position is obtained.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ発振器より
発射されるレーザビームを被加工物に照射して溶接、穴
開け、切断等の加工を行うためのレーザ加工用光学系に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical system for laser processing for irradiating a workpiece with a laser beam emitted from a laser oscillator to perform processing such as welding, drilling, and cutting.

【0002】[0002]

【従来の技術】レーザ光を利用した加工(以下、適宜、
レーザ加工という)としては、切断、穴あけ、溶接等の
加工方法が機械、電子、半導体装置などの多方面の分野
の製造過程で利用されている。図3に従来の一般的なレ
ーザ加工装置におけるレーザ加工用光学系の一例を示
す。レーザ発振器1から出射されたレーザビーム5はベ
ンディングミラー2で方向が例えば90゜曲げられ、集
光レンズ3により集光され、その焦点付近に置かれた被
加工物4の表面に照射される。レーザビーム5が集光レ
ンズ3で集光されることによってそのスポット内に高パ
ワー密度の部分が生じ、これによって被加工物4を溶融
あるいは蒸発させ、切断、穴開け、溶接等の加工を実現
している。
2. Description of the Related Art Processing using laser light (hereinafter referred to as appropriate)
As laser processing, processing methods such as cutting, drilling, and welding are used in manufacturing processes in various fields such as machines, electronics, and semiconductor devices. FIG. 3 shows an example of an optical system for laser processing in a conventional general laser processing apparatus. The laser beam 5 emitted from the laser oscillator 1 is bent by, for example, 90 ° by the bending mirror 2, is condensed by the condenser lens 3, and is irradiated on the surface of the workpiece 4 placed near the focal point. The laser beam 5 is condensed by the condensing lens 3 to generate a high power density portion in the spot, thereby melting or evaporating the workpiece 4 to realize processing such as cutting, drilling, and welding. doing.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】一般にレーザ加工で
は、上記のように集光レンズ3によって高パワー密度を
得ることがまず必要となるが、その時にはレーザビーム
5の集光性が重要となる。レーザ発振器1から出射され
るレーザビーム5の集光性やパワー密度に関係するパラ
メータとしては、図4(a)に示すようなレーザ発振器
1から出射されるレーザビーム5の拡り角θと、図4
(b)に示すようなレーザビーム5のビームモードとが
ある。集光性に直接関係するのは図4(a)に示す拡り
角θであり、集光レンズ3で集光した時の集光位置での
集光径dは、集光レンズ3の焦点距離をfとすると次式
(1)で示される。 d=2fθ … (1) 従って、レーザ発振器1より出射されるレーザビーム5
の全パワーが同一であれば、拡り角θが小さい程集光径
dは小となり、集光位置では高いパワー密度が得られる
ことになる。
Generally, in laser processing, it is first necessary to obtain a high power density by the condensing lens 3 as described above. At that time, the condensing property of the laser beam 5 becomes important. The parameters related to the condensing property and power density of the laser beam 5 emitted from the laser oscillator 1 include the divergence angle θ of the laser beam 5 emitted from the laser oscillator 1 as shown in FIG. FIG.
There is a beam mode of the laser beam 5 as shown in FIG. The divergence angle θ shown in FIG. 4A directly relates to the light collecting property. The light collecting diameter d at the light collecting position when the light is collected by the light collecting lens 3 is determined by the focal point of the light collecting lens 3. Assuming that the distance is f, the distance is represented by the following equation (1). d = 2fθ (1) Therefore, the laser beam 5 emitted from the laser oscillator 1
Is the same, the smaller the spread angle θ, the smaller the converging diameter d, and a higher power density can be obtained at the converging position.

【0004】また、レーザビーム5のビームモードに
は、シングルモードとマルチモードとがあり、レーザビ
ーム5の断面方向でみると、図4(b)に示すようにシ
ングルモードは中央に鋭いピークを有する分布となって
おり、マルチモードはいくつかのピークを有する分布と
なっている。前述の拡り角θは、シングルモードとマル
チモードとで異なり、シングルモードではθが小さく、
マルチモードではθが大きい。つまり、集光性の面で
は、シングルモードの方が優れており、このシングルモ
ードのレーザビームは微細切断などに利用されることが
多い。
[0004] The beam mode of the laser beam 5 includes a single mode and a multimode. When viewed in the cross-sectional direction of the laser beam 5, the single mode has a sharp peak at the center as shown in FIG. And the multimode has a distribution having several peaks. The aforementioned divergence angle θ is different between the single mode and the multi mode.
In the multi mode, θ is large. In other words, the single mode is superior in terms of light collecting property, and the single mode laser beam is often used for fine cutting and the like.

【0005】ところで、高いエネルギー密度を得るため
にはレーザ発振器1から出射されるレーザビームの出力
を上げることが考えられる。しかし、レーザ発振器1の
出力を上げるとシングルモードのレーザビームは得られ
にくくなり、マルチモードとなってしまう。そのため、
拡り角θも大となって集光性が悪くなり、レーザ発振器
1の出力を大きくしたにもかかわらず、パワー密度の集
中が不十分でパワー密度の増加にはつながらないことに
なる。
In order to obtain a high energy density, it is conceivable to increase the output of a laser beam emitted from the laser oscillator 1. However, when the output of the laser oscillator 1 is increased, it becomes difficult to obtain a single-mode laser beam, resulting in a multi-mode. for that reason,
The divergence angle θ also becomes large and the light-gathering property deteriorates, and despite the increase in the output of the laser oscillator 1, the concentration of the power density is insufficient and does not lead to an increase in the power density.

【0006】本発明の目的は、出力を大きくすることで
マルチモードとなった拡り角の大きいレーザビームを集
光しても、十分にパワー密度を集中させることが可能な
レーザ加工用光学系を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a laser processing optical system capable of sufficiently concentrating a power density even if a laser beam having a large divergence angle, which is multi-mode by increasing the output, is condensed. It is to provide.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によれば、光軸に垂直な断面内のパワー密度
がマルチモードであるレーザビームを出射するレーザ発
振器と、前記レーザビームを集光する集光レンズとを有
するレーザ加工用光学系において、上記レーザビームを
構成する互いに平行な個々の光線の位置をそのレーザビ
ームの光軸に対して内外で入れ替える光線入れ替え光学
手段を、前記集光レンズ入射前の前記レーザビームの光
路上に配置したことを特徴とするレーザ加工用光学系が
提供される。
According to the present invention, there is provided, in accordance with the present invention, a laser oscillator for emitting a laser beam having a multimode power density in a cross section perpendicular to an optical axis; In a laser processing optical system having a condensing lens for condensing, the light beam changing optical means for changing the position of each parallel light beam constituting the laser beam inside and outside with respect to the optical axis of the laser beam, There is provided an optical system for laser processing, wherein the optical system is arranged on an optical path of the laser beam before entering a condenser lens.

【0008】上記のように構成した本発明においては、
集光レンズ入射前のレーザビームの光路上に光線入れ替
え光学手段を配置し、それによってレーザビーム断面内
のパワー密度分布をそのレーザビームの光軸に対して変
化させる。この光線入れ替え光学手段としては、具体的
には例えばコーンレンズを用いることができる。これに
より、光線入れ替え光学手段に入射する前においてレー
ザビーム断面内のある半径方向の幅を有する輪環部分に
存在していたレーザビームのエネルギーは、光線入れ替
え光学手段を通過後にはレーザビーム断面内における同
一幅の別の輪環領域に移されることになる。
[0008] In the present invention configured as described above,
A beam changing optical unit is arranged on the optical path of the laser beam before entering the condenser lens, thereby changing the power density distribution in the cross section of the laser beam with respect to the optical axis of the laser beam. Specifically, for example, a cone lens can be used as the light beam replacing optical unit. Thus, the energy of the laser beam existing in the annular portion having a certain radial width in the cross section of the laser beam before being incident on the light beam changing optical means is changed in the laser beam cross section after passing through the light beam changing optical means. Will be transferred to another annulus region of the same width in.

【0009】ところが、上記光線入れ替え光学手段に入
射する前の外周側に近い輪環部分の面積に比べて、光線
入れ替え光学手段から出射後に光線が集まる中央に近い
同一幅の輪環領域の面積の方が小さいことは明らかであ
る。従って、光線入れ替え光学手段から出射後のパワー
密度分布における中心部に近い輪環領域のパワー密度
(単位面積当たりのパワー)は、光線入れ替え光学手段
を設けない場合に比べて増加することになる。
However, as compared with the area of the annular portion near the outer peripheral side before entering the above-mentioned light beam replacing optical means, the area of the annular area of the same width near the center where the light rays converge after being emitted from the light beam replacing optical means. Obviously it is smaller. Therefore, the power density (power per unit area) of the annular region near the center in the power density distribution after emission from the light beam changing optical means increases as compared with the case where no light beam changing optical means is provided.

【0010】一方、光線入れ替え光学手段に入射する前
においてレーザビーム断面内中央付近に存在していた光
線は、光線入れ替え光学手段を通過後にはレーザビーム
断面内の外周側に近い輪環部分に移されることになるた
め、光線入れ替え光学手段から出射後のパワー密度分布
における外周側に近い輪環部分のパワー密度(単位面積
当たりのパワー)は小さくなる。
On the other hand, the light beam existing near the center in the section of the laser beam before being incident on the beam changing optical means is transferred to the annular portion near the outer periphery in the section of the laser beam after passing through the beam changing optical means. Therefore, the power density (power per unit area) of the annulus portion near the outer peripheral side in the power density distribution after the light is emitted from the light beam changing optical unit is reduced.

【0011】以上のことから、光線入れ替え光学手段か
ら出射後のレーザビームは、その断面内のパワー密度分
布が中心部で大きく、外周部で小さくなり、一見シング
ルモードの如き分布になる。このようなパワー密度分布
を有するレーザビームを集光レンズで集光することによ
り、その集光位置では十分にパワー密度を集中させるこ
とが可能となる。
From the above, the power density distribution in the cross section of the laser beam emitted from the light beam replacing optical means is large at the central portion and small at the outer peripheral portion, and looks like a distribution like a single mode. By condensing the laser beam having such a power density distribution by the condensing lens, it becomes possible to sufficiently concentrate the power density at the condensing position.

【0012】また、上記のような光線入れ替え光学手段
をレーザビームの光路上に配置してもレーザビームの拡
り角は何ら変化しないため、そのレーザビームを集光レ
ンズで集光した集光径にも変化はなく、集光径が広がる
ことによるパワー密度の低下の心配もない。
Further, even if the above-mentioned light beam changing optical means is arranged on the optical path of the laser beam, the divergence angle of the laser beam does not change at all. There is no change, and there is no concern about a decrease in power density due to an increase in the condensing diameter.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】本発明の一実施形態について、図
1及び図2を参照しながら説明する。図1は本実施形態
のレーザ加工用光学系を示す図である。図1の集光レン
ズ3の前のレーザビーム5(直径D1)の光路上には光
線入れ替え光学手段としてのコーンレンズ10が配置さ
れている。コーンレンズ10には図1と同様の方式で出
射されたレーザビーム5が入射する。図1には、コーン
レンズ10への入射前のA点及び出射後のB点、さらに
集光レンズ3の集光位置のC点におけるレーザビーム5
の断面内のパワー密度分布をその該当する位置に付記し
てあり、このパワー密度分布において半径方向距離をy
とする。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a view showing an optical system for laser processing according to the present embodiment. On the optical path of the laser beam 5 (diameter D 1 ) in front of the condenser lens 3 in FIG. 1, a cone lens 10 as a light beam changing optical unit is disposed. The laser beam 5 emitted in the same manner as in FIG. 1 enters the cone lens 10. FIG. 1 shows a laser beam 5 at a point A before the light enters the cone lens 10 and a point B after the light is emitted to the cone lens 10, and at a point C at the condensing position of the condensing lens 3.
The power density distribution in the cross section of the power density distribution is added to the corresponding position, and the radial distance in this power density distribution is represented by y.
And

【0014】コーンレンズ10は、例えば特開昭60−
191689号公報や特開昭62−201416号公報
などに開示されているコーンレンズと同様のものであ
り、このコーンレンズ10によれば、図1中に矢印で示
すようにレーザビーム5断面内の光線の位置がその光軸
に対して内外で入れ替わる。ここで、コーンレンズ10
に入射する前のA点においてレーザビーム5断面内のパ
ワー密度分布がP1で示すような平坦な分布に近いマル
チモードの分布であったとすると、レーザビーム5の断
面内の中心から距離y1のところにある半径方向の幅が
dy1である外周側に近い輪環部分に存在していた光線
の束は、コーンレンズ10を通過後のB点では外周から
の距離y2のところでdy2の幅を有するレーザビーム5
の断面内中央に近い円環領域に移されることになる。こ
こに、当然、y1=y2、かつdy1=dy2となる。
The cone lens 10 is disclosed in, for example,
This cone lens is similar to the cone lens disclosed in, for example, JP-A-191689 and JP-A-62-201416. According to the cone lens 10, as shown by an arrow in FIG. The position of the light beam is switched inside and outside with respect to its optical axis. Here, the cone lens 10
Assuming that the power density distribution in the cross section of the laser beam 5 at the point A before being incident on the laser beam 5 is a multimode distribution close to a flat distribution as indicated by P 1 , the distance y 1 from the center of the cross section of the laser beam 5 the bundle of light rays radial width is present in HanawaTamaki portion near the outer peripheral side is dy 1 in place of, dy 2 at a distance y 2 from the outer periphery at the point B after passing through the cone lens 10 Laser beam 5 having a width of
Is moved to an annular region near the center in the cross section. Here, naturally, y 1 = y 2 and dy 1 = dy 2 .

【0015】ところが、コーンレンズ10に入射する前
のA点における幅dy1の外周側に近い輪環部分の面積
に比べて、コーンレンズ10から出射後における半径d
2(dy2=dy1)の円環領域の面積の方が小さいこ
とは明らかである。従って、コーンレンズ10から出射
後のB点のパワー密度分布P2における中心部のパワー
密度は、コーンレンズ10を設けない場合に比べて増加
することになる。
However, compared with the area of the annulus portion near the outer periphery of the width dy 1 at point A before entering the cone lens 10, the radius d after exiting from the cone lens 10 is
It is clear that the area of the annular region of y 2 (dy 2 = dy 1 ) is smaller. Thus, the power density of the central portion in the power density distribution P 2 at point B after the exit from the cone lens 10 will be increased as compared with the case without the cone lens 10.

【0016】一方、コーンレンズ10に入射する前のA
点においてパワー密度分布P1の中央付近に存在してい
たパワーは、コーンレンズ10を通過後のB点ではパワ
ー密度分布P2の外周側に近い輪環部分に移されること
になるため、コーンレンズ10から出射後のB点のパワ
ー密度分布P2における外周側に近い輪環部分のパワー
密度(単位面積当たりのパワー)は小さくなる。
On the other hand, A before entering the cone lens 10
Power that existed near the center of the power density distribution P 1 is at point, since that will be transferred to HanawaTamaki portion near the outer peripheral side of the power density distribution P 2 at point B after passing through the cone lens 10, a cone power density of HanawaTamaki portion near the outer peripheral side of the power density distribution P 2 at point B after emitted from the lens 10 (power per unit area) becomes small.

【0017】なお、当然のことであるが、コーンレンズ
10に入射する前のA点におけるパワー密度分布P1
パワーの総量(全断面積に亘って積分した量)とコーン
レンズ10から出射後のB点におけるパワー密度分布P
2のパワーの総量(全断面積に亘って積分した量)とは
等しい。
As a matter of course, the total amount of power (the amount integrated over the entire cross-sectional area) of the power density distribution P 1 at point A before the light enters the cone lens 10 and the light emitted from the cone lens 10 Power density distribution P at point B
The total amount of power of 2 (the amount integrated over the entire cross-sectional area) is equal.

【0018】以上のことから、コーンレンズ10から出
射後のB点におけるレーザビーム5は、その断面内のパ
ワー密度分布P2が中心部で大きく(この最大値をP
3maxとする)、最外周部で小さくなり、一見シングルモ
ードの如き分布になる。このようなパワー密度分布P2
のレーザビーム5を集光レンズ3で直径D1からD2に集
光することにより、その集光位置Cでは十分にパワー密
度を集中させたパワー密度分布P3を得ることが可能と
なる。
From the above, the laser beam 5 at the point B after being emitted from the cone lens 10 has a large power density distribution P 2 in the cross section at the center (this maximum value is P
3max ), the distribution becomes smaller at the outermost periphery, and the distribution looks like a single mode at first glance. Such a power density distribution P 2
By condensing the laser beam 5 from the diameter D 1 to the diameter D 2 by the condenser lens 3, it is possible to obtain a power density distribution P 3 in which the power density is sufficiently concentrated at the condensing position C.

【0019】また、上記のようなコーンレンズ10をレ
ーザビーム5の光路上に配置してもその拡り角θ(図4
参照)は何ら変化しないため、そのレーザビーム5を集
光レンズ3で集光した集光径D2にも変化はなく、集光
径が広がることによるパワー密度の低下の心配もない。
Even if the above-described cone lens 10 is arranged on the optical path of the laser beam 5, its divergence angle θ (FIG.
Since the reference) does not in any way change, the laser beam 5 is not changed even in the condenser lens 3 condensing diameter D 2 which is focused by a condensing diameter no fear of reduction in the power density due to spread.

【0020】ここで、コーンレンズ10を用いないでマ
ルチモードのレーザビーム5を集光する従来の場合につ
いて、本実施形態と比較しながら説明する。図2は、コ
ーンレンズ10を用いないレーザ光学系を示す図であ
り、図1と同様に、集光レンズ3への入射前のK点及び
集光レンズ3の集光位置L点におけるレーザビーム5の
断面内のパワー密度分布をその該当する位置に付記して
あり、このパワー密度分布において中心からの半径方向
距離をyとする。
Here, a conventional case in which the multi-mode laser beam 5 is focused without using the cone lens 10 will be described in comparison with this embodiment. FIG. 2 is a diagram showing a laser optical system that does not use the cone lens 10. Similar to FIG. 1, the laser beam at a point K before entering the condenser lens 3 and a point L at the focal position of the condenser lens 3 are shown. The power density distribution in the cross section of No. 5 is added to the corresponding position, and the radial distance from the center in this power density distribution is defined as y.

【0021】図2に示すように、レーザビーム5断面内
のパワー密度分布がP4で示すようなマルチモードの分
布であった場合、集光レンズ3の集光作用により、集光
レンズ3に入射する前のK点で直径D3であったもの
が、集光レンズ3の集光位置L点ではレーザビーム5の
拡り角θに応じて決まる直径D4となり、それに対応し
てパワー密度は増加する。この時、L点におけるレーザ
ビーム5断面内のパワー密度分布P5は、集光レンズ3
に入射する前のK点でのパワー密度分布P4とほぼ相似
な関係が保存されることになる。勿論、この時も、集光
レンズ3に入射する前のK点におけるパワー密度分布P
4のパワーの総量(全断面積に亘って積分した量)と集
光位置L点におけるパワー密度分布P5のパワーの総量
(全断面積に亘って積分した量)とは等しいことは言う
までもない。従って、集光位置L点におけるパワー密度
分布P5ではその最外周部付近まである程度高いパワー
密度となり、そのため上述のパワーの総量が一定という
条件を考慮するとパワー密度の最大値P5maxはある値に
とどまる。
As shown in FIG. 2, when the power density distribution in the section of the laser beam 5 is a multi-mode distribution as indicated by P 4 , the condensing lens 3 At point K before focusing, the diameter was D 3 , but at point L of the focusing lens 3 the diameter was D 4 determined according to the divergence angle θ of the laser beam 5. Increases. At this time, the power density distribution P 5 in the section of the laser beam 5 at the point L is represented by the condensing lens 3
, A relationship substantially similar to the power density distribution P 4 at the point K before the light is incident on the light source is maintained. Of course, also at this time, the power density distribution P at the point K before being incident on the condenser lens 3
It goes without saying equal to the amount of power in the power density distribution P 5 (the amount obtained by integrating over the entire cross-sectional area) at the focusing position L points to the total amount of 4 power (amount obtained by integrating over the entire cross-sectional area) . Accordingly, the relatively high power densities to near the outermost peripheral portion in the power density distribution P 5 at the condensing position L point, the maximum value P 5max is the value of that for consideration of power density conditions that constant amount of power above Stay.

【0022】これに対し、図1に示した本実施形態によ
るパワー密度分布P3では、最外周部でのパワー密度は
ほぼ零で中心に向かうほど大きくなり、パワーの総量が
一定という条件を考慮すると図2のパワー密度分布の中
心における最大値P5maxよりも図1のパワー密度分布の
中心における最大値P3maxの方がはるかに大きくなるこ
とは明らかである。
On the other hand, in the power density distribution P 3 according to the present embodiment shown in FIG. 1, the condition that the power density at the outermost periphery is substantially zero and becomes larger toward the center, and the condition that the total amount of power is constant is considered. Then the direction of the maximum value P 3max becomes much larger at the center of the power density distribution of Fig. 1 than the maximum value P 5max at the center of the power density distribution of Fig. 2 it is clear.

【0023】以上のような本実施形態によれば、集光レ
ンズ3の前のレーザビーム5の光路上に光線入れ換え光
学手段としてのコーンレンズ10を配置するので、コー
ンレンズ10から出射後のレーザビーム5断面内のパワ
ー密度分布P2を中心部で大きく、最外周部で小さくす
ることができ、そのようなパワー密度分布のレーザビー
ム5を集光レンズ3で集光することにより、その集光位
置で十分にパワー密度を集中させたパワー密度分布を得
ることができる。従って、出力を大きくすることでレー
ザビーム5が拡り角の大きいマルチモードとなっても、
十分にパワー密度を集中させることが可能になり、例え
ば溶接においては溶け込み深さを大きくすることがで
き、また切断や穴あけにおいては適用できる板厚を厚く
することができる。
According to the present embodiment as described above, the cone lens 10 as the light beam changing optical means is disposed on the optical path of the laser beam 5 before the condenser lens 3, so that the laser beam emitted from the cone lens 10 The power density distribution P 2 in the cross section of the beam 5 can be increased at the center and reduced at the outermost periphery, and the laser beam 5 having such a power density distribution is condensed by the condensing lens 3 to collect the laser beam 5. A power density distribution in which the power density is sufficiently concentrated at the light position can be obtained. Therefore, even if the laser beam 5 becomes a multimode with a large divergence angle by increasing the output,
It is possible to sufficiently concentrate the power density. For example, the penetration depth can be increased in welding, and the applicable plate thickness can be increased in cutting and drilling.

【0024】[0024]

【発明の効果】本発明によれば、集光レンズの前のレー
ザビームの光路上に光線入れ換え光学手段を配置するの
で、レーザビームの集光位置で十分にパワー密度を集中
させたパワー密度分布を得ることができる。従って、出
力を大きくすることでレーザビームが拡り角の大きいマ
ルチモードとなっても、十分にパワー密度を集中させる
ことが可能になり、例えば溶接においては溶け込み深さ
を大きくすることができ、また切断や穴あけにおいては
適用できる板厚を厚くすることができる。
According to the present invention, since the light-replacement optical means is disposed on the optical path of the laser beam before the condensing lens, the power density distribution in which the power density is sufficiently concentrated at the laser beam condensing position is provided. Can be obtained. Therefore, even if the laser beam is multi-mode having a large divergence angle by increasing the output, it is possible to sufficiently concentrate the power density, and for example, it is possible to increase the penetration depth in welding, Further, in cutting or drilling, the applicable plate thickness can be increased.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施形態によるレーザ加工用光学系
を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing an optical system for laser processing according to an embodiment of the present invention.

【図2】コーンレンズを用いないでマルチモードのレー
ザビームを集光する従来の場合を説明する図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a conventional case of condensing a multi-mode laser beam without using a cone lens.

【図3】従来の一般的なレーザ加工装置におけるレーザ
加工用光学系の一例を示す図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of an optical system for laser processing in a conventional general laser processing apparatus.

【図4】(a)はレーザビームの拡り角を示す図であ
り、(b)はレーザビームのビームモードを示す図であ
る。
4A is a diagram illustrating a divergence angle of a laser beam, and FIG. 4B is a diagram illustrating a beam mode of the laser beam.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 レーザ発振器 2 ベンディングミラー 3 集光レンズ 4 被加工物 5 レーザビーム 10 コーンレンズ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser oscillator 2 Bending mirror 3 Condensing lens 4 Workpiece 5 Laser beam 10 Cone lens

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光軸に垂直な断面内のパワー密度がマル
チモードであるレーザビームを出射するレーザ発振器
と、前記レーザビームを集光する集光レンズとを有する
レーザ加工用光学系において、 前記レーザビームを構成する互いに平行な個々の光線の
位置をそのレーザビームの光軸に対して内外で入れ替え
る光線入れ替え光学手段を、前記集光レンズ入射前の前
記レーザビームの光路上に配置したことを特徴とするレ
ーザ加工用光学系。
1. A laser processing optical system comprising: a laser oscillator for emitting a laser beam having a multimode power density in a cross section perpendicular to an optical axis; and a condenser lens for condensing the laser beam. A light beam changing optical means for changing the position of each parallel light beam constituting the laser beam inside and outside with respect to the optical axis of the laser beam, is arranged on the optical path of the laser beam before entering the condenser lens. Characteristic optical system for laser processing.
【請求項2】 請求項1記載のレーザ加工用光学系にお
いて、前記光線入れ替え光学手段はコーンレンズである
ことを特徴とするレーザ加工用光学系。
2. The laser processing optical system according to claim 1, wherein said light beam changing optical means is a cone lens.
JP8230386A 1996-08-30 1996-08-30 Optical system for laser processing Pending JPH1076385A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6210864B1 (en) 1998-10-06 2001-04-03 Presstek, Inc. Method and apparatus for laser imaging with multi-mode devices and optical diffusers

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6210864B1 (en) 1998-10-06 2001-04-03 Presstek, Inc. Method and apparatus for laser imaging with multi-mode devices and optical diffusers

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