多面镜、导光装置以及光扫描装置的制作方法

专利检索2022-05-10  3



1.本发明主要涉及一种使入射的光偏转且反射的光反射装置。


背景技术:

2.过往,通过多面镜等引导来自光源的光沿直线状的扫描线扫描的技术,已在图象形成装置以及激光加工装置等中被广泛利用。专利文献1公开了一种具备多面镜的光扫描装置。
3.专利文献1的光扫描装置,具备投光手段以及光反射手段。投光手段具备多面镜,该多面镜是通过以旋转的多面镜的正多边形的各边的反射面反射从既定方向入射的光,而一面旋转一面出射光。光反射手段,通过多个反射部反射从投光手段放射出的光,将光引导至既定的扫描线上的任意的被照射点。
4.[现有技术文献]
[0005]
[专利文献]
[0006]
专利文献1:日本专利第5401629号公报


技术实现要素:

[0007]
发明所要解决的技术问题
[0008]
然而,所述专利文献1的构成,通过对应于多面镜的一个边的光偏转范围构成扫描线整体。因此,假若欲实现较长的扫描线,则需要确保一定的光偏转角范围,因而难以增加边数。在多面镜的多边形的边数少的情况下,当光在多边形的顶点附近反射时,可能会增加扫描的失真,因而期能改善此种情况。
[0009]
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种多面镜,其能够高速切换扫描范围,且能够进行失真少的扫描。
[0010]
解决问题所使用的技术方案
[0011]
本发明所欲解决的问题诚如以上说明,下面对用以解决该问题的手段及其功效进行说明。
[0012]
根据本发明的第一观点,提供以下结构的多面镜。也就是说,该多面镜以旋转轴为中心进行旋转。在所述多面镜的多个边中的2个以上的边分别配置有第一反射面以及第二反射面。所述第一反射面被形成为相对于与所述旋转轴垂直的平面倾斜的平面状。所述第二反射面被形成为相对于与所述旋转轴垂直的平面倾斜的平面状。入射到该多面镜的光,通过所述第一反射面反射,然后由所述第二反射面反射。在多个所述边之间,所述第一反射面的相对于与所述旋转轴垂直的平面倾斜的方向、以及沿所述旋转轴的方向的所述第一反射面与所述第二反射面之间的距离中至少有一个不同。
[0013]
由此,光在出射面上反射的位置(出射位置),根据多面镜的旋转而在旋转轴方向上不连续地切换。因此,通过根据旋转轴方向的出射位置而朝不同的扫描区域引导出射光,能够一面高速切换扫描区域一面进行多个区域的扫描。换句话说,能够增加多面镜的边的
数量,从而能够容易实现扫描多个区域的构成。由此,由于能够缩短多面镜的边,因此能够减小各扫描区域的两端部上的扫描失真。
[0014]
根据本发明的第二观点,提供以下结构的导光装置。也就是说,该导光装置具备所述多面镜、第一光反射部以及第二光反射部。所述第一光反射部,将在所述多面镜的多个所述边中的一边偏转的光朝第一扫描区域引导。所述第二光反射部,将在另一边偏转的光朝与所述第一扫描区域不同的第二扫描区域引导。
[0015]
因此,通过朝多个扫描区域引导光,能够灵活地进行各种部位的扫描。由于各扫描区域中的扫描失真减少,因此整体能够进行高品质的扫描。
[0016]
根据本发明的第三观点,提供以下结构的光扫描装置。也就是说,该光扫描装置具备所述导光装置。所述第一光反射部以及所述第二光反射部,分别具备使光反射的多个反射面。第一光反射部以及第二光反射部,分别将从旋转的所述多面镜放射的光反射2次以上,而朝直线状的扫描线内包括的任意的被照射点引导。从光入射到所述多面镜的入射位置至所述被照射点为止的光路长度,在所述扫描线上的全部被照射点上大致恒定。通过所述光反射部从所述多面镜引导的光,在所述扫描线上的扫描速度大致恒定。
[0017]
因此,通过一面切换多个扫描区域一面扫描,整体能够实现长距离的直线扫描。顺便提及,当多面镜的旋转相位为入射光的照射范围覆盖对应于多边形的顶点的部分的旋转相位时,反射光的光强度不稳定,实际上并不能使用在光扫描上。另外,假定将与多面镜的一边对应的出射光的偏转角范围分割而朝不同的扫描区域引导的构成的情况下,当成为出射光的角度逼近该分割的边界的旋转相位时,同样不能用在光扫描上。关于这点,在所述构成中,能够将入射光照射于多边形的顶点的多面镜的旋转相位、与对应于扫描区域的切换的多面镜的旋转相位设为共通的相位。由此,由于不能使用在光扫描的多面镜的旋转相位的范围变得难以增加,因此能够有效地利用在光的扫描上,并能够实现失真少的扫描。
[0018]
发明效果
[0019]
根据本发明,可提供一种能够高速切换扫描范围且能够进行失真少的扫描的多面镜。
附图说明
[0020]
图1是示意显示本发明的一实施方式的激光加工装置的构成的立体图;
[0021]
图2是显示从激光振荡器照射的激光光线被照射于工件上为止的光路的示意图;
[0022]
图3是多面镜的立体图;
[0023]
图4是显示伴随多面镜旋转而切换激光光线从多面镜出射的出射位置的状况的立体图;
[0024]
图5是多面镜的分解立体图;
[0025]
图6是说明通过第二光引导部转换虚拟圆弧的位置的状况的示意图,其中,该虚拟圆弧是焦点因多面镜的旋转产生的激光光线的偏转而移动的轨迹;
[0026]
图7是显示多面镜以及第二光引导部的立体图;
[0027]
图8是说明通过切换激光光线从多面镜出射的出射位置而将激光光线照射于不同的照射区的示意图;
[0028]
图9是概要显示通过多面镜反射激光光线且至照射于工件上为止的光路的图;
[0029]
图10是第一变形例的多面镜的立体图;
[0030]
图11是第二变形例的多面镜的立体图;
[0031]
图12是显示与第二变形例的多面镜对应的第二光引导部的构成的示意图;和
[0032]
图13是显示将第二光引导部变更后的第三变形例的示意图。
具体实施方式
[0033]
下面,参照附图说明本发明的实施方式。图1是示意显示本发明的一实施方式的激光加工装置100的构成的立体图。图2是显示从激光振荡器21照射的激光光线被照射于工件10为止的光路的示意图。图3是多面镜5的立体图。图4是显示伴随多面镜5旋转而切换激光光线从多面镜5出射的出射位置的状况的立体图。图5是多面镜5的分解立体图。
[0034]
图1所示的激光加工装置(光扫描装置)100,能够通过使用激光光线进行扫描,而以该激光光线加工板状的工件10。加工工作各式各样,例如,能够列举工件10的切割加工、以及除去形成在基板即工件10的表面的薄膜的图形加工等。
[0035]
本实施方式的激光加工装置100,通过使产生的激光光线(光)在工件10上扫描,以进行所述加工工作。扫描是指使激光光线等的光的照射位置在既定方向上变化。
[0036]
激光加工装置100,主要具备工件运送装置1、激光单元2以及控制装置3。
[0037]
工件运送装置1,以恒定的速度朝既定方向运送水平姿势的工件10。再者,如图1所示,水平姿势是指将工件10的厚度方向作为上下方向的姿势。
[0038]
激光单元2产生激光光线,并通过该激光光线扫描工件10。激光单元2的详细结构容待后述。
[0039]
控制装置3控制工件运送装置1以及激光振荡器21的动作。控制装置3能够通过计算机实现,该计算机例如由cpu、rom、ram、计时器等构成。
[0040]
接着,详细地说明激光单元2。激光单元2具备激光振荡器21以及导光装置22。
[0041]
激光振荡器21用作为激光光线的光源。激光振荡器21,通过脉冲振荡而产生时宽短的脉冲激光。脉冲激光的时宽并无特别限制,能够设定为短的时间间隔、例如纳秒级、皮秒级或飞秒级等。激光振荡器21,也能够通过连续波振荡而产生cw(连续波)激光。激光振荡器21朝导光装置22照射激光光线。
[0042]
导光装置22将通过激光振荡器21产生的激光光线引导至工件10。导光装置22例如具备透镜、棱镜等的光学零件。
[0043]
如图2所示,本实施方式的导光装置22,具备第一光引导部4、多面镜5以及第二光引导部(导光部)6。再者,这些光学零件的至少一部分配置在导光装置22的壳体22a的内部。
[0044]
第一光引导部4由光学零件构成,用以将激光振荡器21产生的激光光线引导至多面镜5。第一光引导部4从激光振荡器21侧起沿激光光线的光路依序具备导入透镜41、导入棱镜42、第一导入反射镜43、以及第二导入反射镜44。
[0045]
导入透镜41是为了使激光振荡器21产生的激光光线聚焦在焦点上而使用。通过导入透镜41之后的激光光线,经由导入棱镜42、第一导入反射镜43以及第二导入反射镜44而被朝多面镜5引导。
[0046]
导入棱镜42、第一导入反射镜43以及第二导入反射镜44,在光路上的较多面镜5上游侧构成一光学单元,该光学单元使光路弯曲,以确保使焦点位于工件10的表面上而需要
的光路长度。再者,也能够适宜省略构成所述第一光引导部4的光学零件、或者也能够在导入透镜41与多面镜5之间适宜追加其他的棱镜或反射镜。另外,导入透镜41的位置,也只要在多面镜5的前(较多面镜5靠近光路的上游侧)即可。也就是说,也能够将导入棱镜42、第一导入反射镜43以及第二导入反射镜44中的一部分或全部配置在导入透镜41的上游侧。
[0047]
多面镜5被安装为能以通过其中心的旋转轴5a为中心进行旋转。当沿旋转轴5a观察多面镜5时,多面镜5为正多边形的形状。在本实施方式中,多面镜5的多边形是具有16个边的十六边形。但是,多面镜5的边数是任意的。
[0048]
如图3所示,多面镜5具备多个第一反射面51以及多个第二反射面52。具体而言,在形成为多边形形状的多面镜5的各边分别形成有一个第一反射面51以及一个第二反射面52。第一反射面51与第二反射面52以相互对应的方式配置。
[0049]
第一反射面51以及第二反射面52形成为平面状。第一反射面51并排地设在旋转轴5a的周围。第二反射面52并排地设在旋转轴5a的周围。
[0050]
多个第一反射面51,皆相对于与旋转轴5a垂直的虚拟平面倾斜配置。在多面镜5的多边形具有的边中的在圆周方向上相邻的任意2个边上,各第一反射面51以相反的朝向且彼此相等的角度(具体为45
°
)相对于与旋转轴5a垂直的虚拟平面倾斜。无论在多面镜5的多边形具有的边的哪一边,设置第一反射面51的位置皆在旋转轴5a的方向上不变化。
[0051]
多个第二反射面52,皆相对于与旋转轴5a垂直的虚拟平面倾斜配置。在多面镜5的多边形具有的边中的在圆周方向上相邻的任意2个边上,各第二反射面52以相反的朝向且彼此相等的角度(具体为45
°
)相对于与旋转轴5a垂直的虚拟平面倾斜。在圆周方向彼此相邻的任意2个边中,设置第二反射面52的位置在旋转轴5a的方向上彼此不同。
[0052]
第二反射面52的位置以及倾斜的方向,与在该边上对应于第二反射面52的第一反射面51的倾斜方向对应。由此,无论在多面镜5的多边形的哪一边,第二反射面52与第一反射面51皆以形成v字的方式配置。
[0053]
通过第二导入反射镜44导入的激光光线(入射光),朝与旋转轴5a垂直的方向且朝向多面镜5的中心对多面镜5进行照射。照射激光光线的位置,是多面镜5的外周面中的沿圆周方向排列有第一反射面51的部分。
[0054]
例如,参照图4(a)进行说明,入射到多面镜5的激光光线,射至第一反射面51而进行反射之后,射至第二反射面52被再次反射,然后从多面镜5出射。若在光照射于多面镜5的多边形的某一个边的状态下旋转多面镜5,由于第一反射面51以及第二反射面52的朝向连续地变化,因此从第二反射面52出射的光的方向,以粗箭头所示的方向平滑地变化。因此,能够实现出射光的偏转。
[0055]
无论是第一反射面51还是第二反射面52,相对于与旋转轴5a垂直的虚拟平面的倾斜角度皆为45
°
。因此,来自多面镜5的出射光,在与旋转轴5a垂直的虚拟平面内偏转。另外,第一反射面51以及第二反射面52的倾斜方向、以及第二反射面52的位置,按多面镜5的多边形的每一个边而切换。由此,如图4(a)以及图4(b)所示,从多面镜5出射的出射光的出射位置(换句话说,包括出射光的偏转角范围的平面),根据激光光线照射于多面镜5的多边形的哪一边上而在旋转轴5a的方向上不连续地切换。在图4(a)的状态下,出射位置在旋转轴5a的方向上较入射位置位于一侧(图4的后侧),且在图4(b)的状态下,出射位置在旋转轴5a的方向上较入射位置位于相反侧(图4的前侧)。在任一状态下,出射光皆在与旋转轴5a垂直的
虚拟平面内偏转。
[0056]
如图5所示,本实施方式的多面镜5,是将在旋转轴5a的方向上二等分的2个部分组合而构成。分割的零件分别为相同的形状。在各分割的零件中,在多面镜5的多边形的每边配置有相互对应的第一反射面51与第二反射面52。由此,制造变得容易。但是,对于究竟如何制造多面镜5,并无限制。例如,多面镜5也能够由一个零件构成。
[0057]
图2所示的第二光引导部6,适宜反射从多面镜5出射的激光光线,而朝工件10的表面引导。以下的说明中,也能够将激光光线照射于工件10上的点称为被照射点。
[0058]
第二光引导部6,以多次反射激光光线且朝工件10的表面引导的方式构成。如图2所示,第二光引导部6,具备第一导光单元61以及第二导光单元62,第一导光单元61具有多个反射镜,第二导光单元62具有多个导光零件。
[0059]
第一导光单元61以及第二导光单元62,以到达工件10的表面为止的光路长度大致维持恒定的方式配置,而与来自多面镜5的激光光线的出射位置以及偏转角无关。由此,无论多面镜5的旋转相位如何,皆能够维持激光光线的焦点实质上位于工件10的表面附近的状态。
[0060]
以下,详细地说明第二光引导部6的功能。图6是说明通过第二光引导部6转换虚拟圆弧的位置的状况的示意图,其中,该虚拟圆弧是焦点因多面镜5的旋转产生的激光光线的偏转而移动的轨迹。
[0061]
假设为未设置第二光引导部6的情况,从多面镜5出射的激光光线的焦点(距激光振荡器21一定距离的点),如图6上侧的点划线所示,伴随多面镜5的旋转角变化与一个边对应的角度,而描绘一圆弧状的轨迹。该轨迹的中心是通过多面镜5使激光光线偏转的偏转中心c。轨迹的半径相当于从偏转中心c至焦点的光路长度。
[0062]
如上所述,从多面镜5出射的激光光线的出射位置,根据激光光线照射于多面镜5的多边形的哪一边上而在旋转轴5a的方向上被分2阶段切换。因此,虽然图4上侧的圆弧状轨迹看似一个,但实际上重叠有2个轨迹(虚拟圆弧da1、da2)。
[0063]
第二光引导部6,通过使从偏转中心c至焦点的光路弯曲,以在工件10上大致排列在扫描方向的方式转换2个虚拟圆弧da1、da2的各个位置。也就是说,虚拟圆弧da1、da2的位置,通过第二光引导部6而以对应的虚拟弦vc1、vc2的方向与扫描线l大致一致的方式转换。由此,转换位置后的2个虚拟圆弧da1、da2的集合体,整体以覆盖扫描线l的长度的方式呈大致直线状延伸。
[0064]
如此,第一导光单元61以及第二导光单元62,以2个虚拟圆弧da1、da2的弦vc1、vc2与扫描方向成为相同方向的方式(沿扫描方向排列的方式)多次反射光,其中,该2个虚拟圆弧da1、da2,通过分2阶段切换从多面镜5出射激光光线的出射位置而产生。
[0065]
如此,为了将多个虚拟圆弧da1、da2分别转换为不同的位置,需要使光根据虚拟圆弧da1、da2而朝不同的方向反射。关于这点,如上所述,激光光线的从多面镜5出射的位置,按照2个虚拟圆弧da1、da2的每一个而在旋转轴5a的方向上变化。因此,能够容易避免反射镜以及导光零件等的机械干扰,同时能够实现使光按每个圆弧朝不同方向反射的构成。
[0066]
虚拟圆弧da1、da2的两端的2点,通过第二光引导部6而被再配置在扫描线l上,虚拟圆弧da1、da2(即,连接该2点的曲线)再配置于较扫描线l靠光轴方向下游侧。伴随多面镜5旋转,激光光线的焦点沿以此方式转换了位置的圆弧da1、da2移动。
[0067]
若圆弧的中心角不大,则虚拟圆弧da1、da2与对应的虚拟弦vc1、vc2近似。由此,能够认为因多面镜5的旋转而产生的焦点的沿虚拟圆弧da1、da2的移动实质上等同在沿扫描线l的等速直线运动。
[0068]
由此,能够使激光光线的焦点在工件10的表面附近实质上沿直线且以等速进行扫描。
[0069]
其次,详细地说明第一导光单元61以及第二导光单元62。图7是显示多面镜5以及第二光引导部6的立体图。图8是说明通过切换激光光线从多面镜5出射的出射位置而将激光光线照射于不同的照射区的示意图。图9是示意显示通过多面镜5反射激光光线且至照射于工件10上为止的光路的图。
[0070]
如图7以及图8所示,第一导光单元61,具备第一反射镜61a以及第二反射镜61b。第二导光单元62,具备第一导光零件62a以及第二导光零件62b。第一光反射部71由第一反射镜61a以及第一导光零件62a构成。第二光反射部72由第二反射镜61b以及第二导光零件62b构成。
[0071]
第一反射镜61a以及第二反射镜61b,与来自多面镜5的出射光的在旋转轴5a的方向上的2个出射位置分别对应而设置。如图7所示,第一反射镜61a以及第二反射镜61b,在多面镜5的旋转轴5a的方向上被设置在相互不同的位置。
[0072]
第一反射镜61a,以使光朝第一导光零件62a反射的方式配置在如图4(a)的粗体箭头所示出射光偏转的角度范围内。
[0073]
第一导光零件62a与第一反射镜61a对应配置。第一导光零件62a使从第一反射镜61a引导的光一面朝旋转轴5a的方向偏移一面反射。在图7中简略地描绘第一导光零件62a,但第一导光零件62a能够由例如v字状的反射镜构成。
[0074]
由第一导光零件62a反射的光,被沿配置在第一反射镜61a与第二反射镜61b之间的虚拟平面引导,而照射于工件10的虚拟弦vc1的部分。对应于该虚拟线vc1的照射区(第一扫描区域),与图4(a)的出射光的偏转角范围对应。
[0075]
第二反射镜61b,以使光朝第二导光零件62b反射的方式配置在如图4(b)的粗箭头所示出射光偏转的范围内。
[0076]
第二导光零件62b与第二反射镜61b对应配置。第二导光零件62b使从第二反射镜61b引导的光一面朝旋转轴5a的方向偏移一面反射。在图7中简略地描绘第二导光零件62b,但第二导光零件62b能够由例如v字状的反射镜构成。
[0077]
由第二导光零件62b反射的光,被沿配置在第一反射镜61a与第二反射镜61b之间的虚拟平面引导,而照射于工件10的虚拟弦vc2的部分。对应于该虚拟线vc2的照射区(第二扫描区域),与图4(b)的出射光的偏转角范围对应。
[0078]
通过以上的构成,当使多面镜5旋转时,激光光线的焦点,交错地重复2个照射区的扫描。具体而言,当光照射于多面镜5的某一边时,来自多面镜5的出射光,通过第一光反射部71反射,进行对应于图8(a)的虚拟弦vc1的照射区的扫描。另一方面,当光照射于与其相邻的边时,来自多面镜5的出射光,通过第二光反射部72反射,进行对应于图8(b)的虚拟弦vc2的照射区的扫描。再者,在图8中,以仅关注光反射的一边的三角形简略地显示多面镜5。由此,整体能够实现沿较长的扫描线l的直线状的扫描。
[0079]
在本实施方式的构成中,通过仅使多面镜5旋转,能够与出射光的偏转角从既定的
角度范围的一端变化至另一端的周期同步的定时,在旋转轴5a的方向上切换出射光的出射位置。因此,通过将在旋转轴5a的方向上从不同的位置出射的光分别引导至不同的部位,能够高速切换照射区。
[0080]
另外,在本实施方式中,利用出射光的出射位置在旋转轴5a的方向上不连续地变化,以实现照射区的切换。因此,与通过(在圆周方向上)分割出射光的偏转角范围且将各光引导至不同的部位而切换照射区的情况比较,能够减小对应于多面镜5的一个边的出射光的偏转角范围。也就是说,能够增加多面镜5的边的数量。
[0081]
由多边柱状的多面镜考虑,严格地讲光照射于多面镜上而被反射的点(反射点)与多面镜的旋转轴之间的距离并非恒定。考虑到多面镜的多边形时,当光照射于各边的二等分点时,反射点与旋转轴之间的距离最短。反射点与旋转轴的距离,随着光线的照射点从所述二等分点接近边的端部而逐渐增大。如此,反射点的位置随着多面镜5的旋转而周期性地变化。
[0082]
该反射点的位置变化取决在光路长度的变化。因此,尤其当光照射于多面镜的多边形的边的端部(换句话说,顶点)附近时,会引起扫描失真。
[0083]
关于这点,由于本实施方式的多面镜5能够如上所述增加边的数量,所以能够缩短每一个边。其结果,能够减小引起扫描失真的反射点的位置变化。也就是说,能够减少因激光光线照射于多面镜5的顶点(棱线)附近的部分的状况而引起的失真。
[0084]
并且,在本实施方式的多面镜5中,利用使光的照射点通过该多面镜5的顶点,而同时进行以下的动作:出射光的偏转角从既定的角度范围的一端不连续地朝一端移动、以及出射光的出射位置在旋转轴5a的方向上以不连续地变化的方式切换照射区域。由此,能够实质上防止不能朝多面镜5照射激光光线的时间增加。
[0085]
下面,具体进行说明。激光光线并非意味无限细,而是具有一定的粗细。因此,当激光光线照射于多面镜5时,其照射区域具有一定的面积。
[0086]
由于多面镜5旋转,因此会在激光光线的照射区域内重复产生包括多面镜5的顶点(棱线)的定时。在此定时,由于从多面镜5出射且照射于工件10的光的强度不稳定,因此不能良好地进行加工等工作。因此,在此定时,以激光光线不入射到多面镜5的方式暂时中断来自激光振荡器21的激光光线的照射。
[0087]
在专利文献1的构成中,(在圆周方向上)将多面镜的一个边上的出射光的偏转角范围分割,且将分割后的每条光线朝不同的照射区引导。在该构成中,由于不仅在激光光线的照射区域内包括多面镜5的顶点的定时,而且在出射光逼近被分割的偏转角范围的边界的定时,照射于工件10上的光的强度皆不稳定,因此需要与所述相同遮断激光光线。
[0088]
关于这点,在本实施方式中,当多面镜5的顶点通过激光光线的照射区域时,同时还进行照射区的切换。因此,实质上不用增加必须遮断激光光线的定时(与专利文献1相同的照射率),能够发挥降低扫描失真的效果。
[0089]
照射于多面镜5的激光光线的直径,例如为数毫米。然而,例如,若要在焦点上将激光光线收敛至1/100mm的量级,可能必须将照射于多面镜时的直径设定为如此,在激光光线的直径大的情况下,若多面镜5的边不够长,则可能会增加必须遮挡激光光线的时间比例。另一方面,增加多面镜5的边的长度,会导致多面镜5大型化。在这层意义上,能够不增加必须遮断激光光线的定时的本实施方式的构成,在可同时实现激光光线的
有效利用以及多面镜5的小型化的点上相当有利。
[0090]
图9(a)示意显示图7以及图8的构成中的激光光线被多面镜5反射且到达第一反射镜61a或第二反射镜61b为止的光路。图9(b)示意显示由第一反射镜61a或第二反射镜61b反射的激光光线被第一导光零件62a或第二导光零件62b反射且到达工件10为止的光路。
[0091]
如图9(a)所示,从多面镜5出射的激光光线的出射位置p1、p2,以相对于激光光线的入射到多面镜5的入射位置q1而对称的方式在旋转轴5a的方向上切换。换句话说,当沿旋转轴5a的方向考虑时,从一个出射位置p1至入射位置q1的距离与从另一个出射位置p2至入射位置q1的距离相等。由此,通过对称地构成第一导光单元61以及第二导光单元62,即使在旋转轴5a的方向切换激光光线的出射位置p1、p2,仍容易保持到达工件10的光路为止的光路长度基本不变。因此,能够简单的构成实现失真少的扫描。
[0092]
如上面的说明,本实施方式的多面镜5,以旋转轴5a为中心进行旋转。第一反射面51以及第二反射面52,分别配置在多面镜5的多个边中的2个以上的边上。第一反射面51形成为相对于与旋转轴5a垂直的虚拟平面倾斜的平面状。第二反射面52形成为相对于与旋转轴5a垂直的虚拟平面倾斜的平面状。入射到多面镜5的光,通过第一反射面51反射,然后由第二反射面52反射。在多个边之间,第一反射面51的相对于与旋转轴5a垂直的虚拟平面倾斜的方向不同。
[0093]
由此,从多面镜5出射的光的位置(出射位置),根据多面镜5的旋转而在旋转轴5a的方向上不连续地切换。因此,通过根据旋转轴5a的方向上的出射位置朝不同的扫描区域引导出射光,能够一面高速切换扫描区域一面进行多个区域的扫描。反言之,能够增加多面镜5的边的数量,能够容易实现扫描多个区域的构成。由此,由于能够缩短多面镜5的边,因而能够减小各扫描区域的两端部上的扫描失真。
[0094]
另外,在本实施方式的多面镜5中,在多个边中包括第一反射面51倾斜的方向相反的2个边,该第一反射面51相对于与旋转轴5a垂直的虚拟平面倾斜。在所述2个边的一边与另一边之间,旋转轴5a的方向上的第一反射面51与第二反射面52之间的距离相等。
[0095]
因此,通过对称设置朝各扫描区域引导出射后的光的构成,即使从多面镜5出射的出射位置在旋转轴5a的方向上被切换,仍能够减小光路长度的变化。因此,能够实现高品质的扫描。
[0096]
另外,本实施方式的导光装置22,具备多面镜5、第一光反射部71以及第二光反射部72。如图8(a)所示,第一光反射部71将在多面镜5的多个边中的一个边偏转的光朝与虚拟弦vc1对应的扫描区域引导。如图8(b)所示,第二光反射部72将在多面镜5的另一个边偏转的光朝与虚拟弦vc2对应的扫描区域引导。
[0097]
因此,通过朝多个扫描区域引导光,能够灵活地进行各式各样的部位的扫描。由于在各个扫描区域中的扫描失真减少,因此整体能够进行高品质的扫描。
[0098]
另外,本实施方式的激光加工装置100具备导光装置22。第一光反射部71以及第二光反射部72,分别具备使光反射的多个反射面。第一光反射部71以及第二光反射部72,将从旋转的多面镜5放射的光多次反射,而朝直线状的扫描线l内所包括的任意的被照射点引导。从光入射到多面镜5的入射位置至被照射点为止的光路长度,在扫描线l的全部被照射点上大致恒定。通过第一光反射部71以及第二光反射部72从多面镜5引导的光,在扫描线l上的扫描速度大致恒定。
[0099]
因此,通过一面切换多个扫描区域一面扫描,整体能够实现长距离的直线扫描。顺便提及,当多面镜的旋转相位为入射光的照射范围覆盖对应于多边形的顶点的部分的旋转相位时,反射光的光强度不稳定,实际上并不能使用在光扫描。另外,假定将与多面镜的一边对应的出射光的偏转角范围分割而朝不同的扫描区域引导的构成的情况下,当成为出射光的角度逼近该分割的边界的旋转相位时,同样不能用于光扫描。关于这点,在本实施方式的构成中,能够将入射光照射于多边形的顶点的多面镜5的旋转相位、与对应于照射区的切换的多面镜5的旋转相位设为共通的相位。由此,由于不能使用在光扫描的多面镜的旋转相位的范围,变得难以增加,因此能够有效地利用在光的扫描,并能够实现失真少的扫描。
[0100]
接着,说明所述多面镜5的多个变形例。再者,在下述本变形例的说明中,对与所述实施方式相同或类似的构件,赋予与附图相同的符号并省略说明。
[0101]
当从旋转轴5a的方向观察时,图10所示的第一变形例的多面镜5x,以正十二边形的方式构成。在每一边配置有第一反射面51以及第二反射面52。在本变形例的多面镜5x中,第一反射面51的相对于与旋转轴5a垂直的虚拟平面倾斜的方向,在所有边皆相同。另外,第二反射面52的相对于与旋转轴5a垂直的虚拟平面倾斜的方向,也在所有边皆相同。在圆周方向上的相邻的任意2个边中,设置有第二反射面52的位置,在旋转轴5a的方向互不相同。因此,在相邻的2个边之间,旋转轴5a的方向上的第一反射面51与第二反射面52之间的距离不同。
[0102]
另外,在本变形例中,入射到多面镜5x的激光光线,首先也由第一反射面51反射,然后由第二反射面52反射,且从多面镜5x出射。从多面镜5x出射激光光线的出射位置,根据激光光线照射于多面镜5x的哪一边,而在旋转轴5a的方向上分2阶段进行切换。
[0103]
本变形例的多面镜5x,与图3的多面镜5不同,2个出射位置与入射位置的关系是非对称关系。因此,在本变形例的多面镜5x中,从入射到多面镜5x至出射为止的光路长度,根据出射位置的切换而略有变化。然而,通过适宜调整第二光引导部6的反射镜等的位置,能够抵销该光路长度的差。
[0104]
如此,在本变形例的多面镜5x中,在该多面镜5x的多边形的多个边中包括第一反射面51倾斜的方向相同的2个边,该第一反射面51相对于与旋转轴5a垂直的虚拟平面倾斜。在圆周周向上相邻的2个边的一边与另一边之间,第一反射面51与第二反射面52之间的距离不同。
[0105]
由此,能够以简单的构成,实现从多面镜5x出射激光光线的位置的切换。
[0106]
当从旋转轴5a的方向观察时,图11所示的第二变形例的多面镜5y,以正三十二边形的方式构成。在本变形例的多面镜5y中,将图3的多面镜5上的第一反射面51的倾斜方向的切换、与图10的多面镜5x上的第一反射面51与第二反射面52之间的距离的切换组合,而设为能够在旋转轴5a的方向上分四阶段切换激光光线的出射位置。激光光线的出射位置,伴随多面镜5y的旋转而在4个位置之间循环地进行切换。
[0107]
在使用该多面镜5y的情况下,如图12所示,第二光引导部6,能够以将在4个出射位置偏转的出射光朝对应的4个照射区引导的方式构成。因此,第一导光单元61具备第一反射镜61a、第二反射镜61b、第三反射镜61c以及第四反射镜61d。第二导光单元62具备第一导光零件62a、第二导光零件62b、第三导光零件62c以及第四导光零件62d。
[0108]
接着,说明与第二光引导部6相关的变形例。
[0109]
第二光引导部6,也能够在圆周方向上将对应于多面镜5的一边的每个偏转角范围(换句话说,虚拟圆弧da1、da2)分割,将分割后的圆弧排列在扫描线l上的方式构成。图13显示该变形例的构成。
[0110]
在图13的变形例中,对旋转轴5a方向上具有的2个出射位置,分别将出射光的偏转角范围一分为二。该分割能够通过以仅与激光光线的偏转范围的一部分对应的方式配置反射镜等而实现。由此,激光光线被引导至合计4个照射区(与虚拟弦对应的照射区)。
[0111]
通过更短地分割虚拟圆弧,能使每个圆弧更好地近似于直线。因此,能够减少扫描的失真。
[0112]
上面,说明了本发明的优选实施方式以及变形例,但所述构成例如能够变更如下。
[0113]
多面镜5、5x、5y的多边形的边的数量,可任意变更。
[0114]
也能够既不是二阶段也不是四阶段,而是以例如分三阶段、八阶段等进行切换的方式变更来自多面镜5、5x、5y的光的出射位置。
[0115]
也能够使用棱镜实现第一反射面51以及第二反射面52。同样地,也能够使用棱镜实现第二导光零件62b。
[0116]
也能够省略工件运送装置1。也就是说,能够一面调整激光单元2的位置一面对被固定的工件10进行激光加工。
[0117]
多面镜5、5x、5y的光扫描,也能够使用在激光加工以外的用途。
[0118]
附图标记说明
[0119]
5、5x、5y 多面镜
[0120]
5a 旋转轴
[0121]
6 第二光引导部
[0122]
22 导光装置
[0123]
51 第一反射面
[0124]
52 第二反射面
[0125]
71 第一光反射部
[0126]
72 第二光反射部
[0127]
100 激光加工装置(光扫描装置)。
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