(57)【要約】【課題】レーザ光線の運動方向によって本質的に影響を受けない所望の切断面の品質を、レーザ光線によって達成する。【解決手段】レーザ光線（２）によって材料を加工するための装置（１）であって、このレーザ光線においては、レーザから放出される光が、少なくとも１つの球面光学要素を経て案内され、この球面光学要素が、レーザ光線（２）の光路内に配設され、かつ光軸（５）に対して傾斜させられたレンズ装置（４）を備え、従って、材料の表面上に当たるレーザ光線の所望のジオメトリを得ることができるように構成されている装置において、レンズ装置（４）が、光軸（５）に対して偏心して配設されていることによる。【選択図】　　　　図１
2004017067.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光線（２）によって材料を加工するための装置（１）であって、このレーザ光線においては、レーザから放出される光が、少なくとも１つの球面光学要素を経て案内され、この球面光学要素が、レーザ光線（２）の光路内に配設され、かつ光軸（５）に対して傾斜させられたレンズ装置（４）を備え、従って、材料の表面上に当たるレーザ光線の所望のジオメトリを得ることができるように構成されている装置において、
レンズ装置（４）が、光軸（５）に対して偏心して配設されていることを特徴とする装置（１）。
【請求項２】
レンズ装置（４）が、色消しレンズを備えることを特徴とする請求項１に記載の装置（１）。
【請求項３】
レンズ装置（４）が、互いに傾斜させられた２つの光学要素を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置（１）。
【請求項４】
レンズ装置（４）が斜面内に配設されており、この斜面が、光軸（５）に対する方位角（φ）を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の装置（１）。
【請求項５】
レンズ装置（４）が可動であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の装置（１）。
【請求項６】
レンズ装置（４）が、調節可能な傾斜角（θ）を備えることを特徴とする請求項５に記載の装置（１）。
【請求項７】
傾斜角（θ）が、材料に対するレーザ光線（２）の運動方向に依存して調節可能であることを特徴とする請求項６に記載の装置（１）。
【請求項８】
レンズ装置（４）が、光軸（５）に対して横に可動であることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１つに記載の装置（１）。
【請求項９】
レンズ装置（４）が、光軸（５）を中心として方位的に回転可能であることを特徴とする請求項５〜８のいずれか１つに記載の装置（１）。
【請求項１０】
レンズ装置が、同時に、レーザ光線（２）を拡大させるためのビームエキスパンダとして構成されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の装置（１）。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光線によって材料を加工するための装置であって、このレーザ光線においては、レーザから放出される光が、少なくとも１つの球面光学要素を経て案内され、この球面光学要素が、レーザ光線の光路内に配設され、かつ光軸に対して傾斜させられたレンズ装置を備え、従って、材料の表面上に当たるレーザ光線の所望のジオメトリを得ることができるように構成されている装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような装置は、特開平３−２１０９９０号公報によって公知であり、この装置においては、光が光軸に対して傾斜させられたレンズ装置を経て投下され、このレンズ装置は、付加的に駆動機構によって光軸を中心として回転可能に配設されている。傾斜させられたレンズ装置を経て、材料の表面上に光軸から逸脱するスポットが発生し、このスポットは、回転運動によって円環状の加工面を可能にする。
【０００３】
その際、実際は、構造部分の上面における入口面のジオメトリが、構造部分の下面における出口面のジオメトリから逸脱することが、問題であると分かった。これにより、構造部分の品質にマイナスの影響を与える切断面の基準値からの逸脱が発生する。
【０００４】
この逸脱に対する本質的な原因は、レーザ光の偏光に、またこの偏光に依存した切断縁部における吸収度にその根拠がある。実際は、この欠点を回避するために、レーザ光線の偏光面を運動方向に応じて追従させることができる。しかしながらこれとは著しい制御の手間が結びついており、従って実際は、少なくとも周期的に偏光させられるレーザ光が加工のために使用され、所望の送り運動に対する非依存性を得ることができる。
【０００５】
周期的に偏光されるこの光は、例えば、直線的に偏光された光から遅延プレート（ウェーブプレート）によって変換させることによって発生させることができる。しかしながらこの場合は、エネルギの僅かな割合を変換することができるだけに過ぎない。何故なら、このためには、レーザの絞りによって直線的に偏光され、標準的に分配される光は、光軸の核領域において使用されるからである。この場合は、エネルギの２０％の僅かな割合が利用されるだけに過ぎない。比較的大きな開放角度でもって絞りを使用することによって、先ず比較的大きなエネルギの割合が利用可能となるが、しかしながらこのエネルギの割合は、循環的な偏光のための変換の際、再び失われる。
【０００６】
公知の別の解決策の提案は、偏光器によって、Ｐ偏光及びＳ偏光の偏光されないマルチモード放射の分割を可能にする。しかしながらこの分割によって、同時に、レーザ光の均質な強度分配もマイナスの影響を受け、効率損失も生じさせられ、従ってこの解決策の提案も、実際は、欠点と結びつけられている。
【０００７】
更に、独国特許出願公開明細書第４０　０８　３８３号には、特にＵＶ光線のための色消しレンズ装置と収差に関するその特性とが基本的に記載されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の基本に置かれる課題は、レーザ光線の運動方向によって本質的に影響を受けない所望の切断面の品質を、レーザ光線によって達成するという可能性を提供することにある。この場合、特に運動方向に応じた偏光の追従は不要であるべきである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この課題は、本発明によれば、特許請求項１の特徴による装置でもって解決される。本発明の別の形態は、従属請求項から読み取ることができる。
【００１０】
本発明によれば、即ち、レンズ装置が、光軸に対して偏心して配設されている装置が設けられている。これにより、レンズ装置を通過するレーザ光線の光軸に対する傾斜角は相殺させることができ、これにより、本質的に簡略化された処理を達成することができる。その際、先ず特に楕円形のジオメトリに伴うレーザ光線は、傾斜させられたレンズ装置によって構造部分の表面上に、本質的に円形の面として発生し、この円形の面は、上面で、また下面でも、その出口面においてほぼ一致するジオメトリを備える。加えてレーザから放出される光は、このために、偏光、特に周期的な偏光を必要としないで使用することができる。従って、従来技術により公知のこのような装置に比べ、付加的なモード絞り、偏光及び遅延プレートを省略することができ、これによりエネルギ損失の本質的な削減を得ることができる。従って装置の効率は、絞り及び遅延プレートを同時に省略する際に向上させることができる。
【００１１】
この際、レンズ装置が、色消しレンズを備える場合が特に有利である。これにより収差は、レーザ光線が通過する際にレンズ装置によって回避することができ、これにより、切断面の品質が本質的に向上させることができる。
【００１２】
本発明の特に有利な実施形は、レンズ装置が、互いに傾斜させられた２つの光学要素を備えることによっても得られる。これにより、レンズ装置を通過するレーザ光の光軸からの逸脱は、レンズ装置の本質的かつ所望の特性が侵害を受けることなく校正することができる。この場合、特に、他の場合に必要な、変更されたレーザ光線軸に運動方向を一致させるための制御の手間もなくなる。
【００１３】
これには、本発明の特に簡単な形態も適し、この形態においては、レンズ装置が斜面内に配設されており、この斜面が、光軸に対する方位角を備える。これにより、光軸に対して角度をもったレーザ光線を回避するための所望のレンズ装置の偏心度は、ずれることなく、ほとんど傾斜によって作用を受ける。この場合、レンズ装置を調節する際の処理は、傾斜角を調節するだけでよいために、本質的に簡略化される。
【００１４】
傾斜角は、製造側で固定することができ、従って、集光又は光線部分平面におけるレーザ光線のジオメトリを設定することができる。特に有効な変形例は、逆に、レンズ装置が可動であることによって提供される。これにより、簡単な方法で、個々のそれぞれの切断プロセスの状況への適合、例えば材料強度の状況への適合を行なうことができ、従って、それぞれ所望の結果を得ることができる。装置の使用領域は、この方法で著しく拡大させることができる。
【００１５】
これには、レンズ装置が、調節可能な傾斜角を備える場合が特に有利であり、従って、ジオメトリは、特に無段階に変更可能である。切断間隙の形成は、このように問題なく所望の測定及びジオメトリに一致させることができる。従って、この調節の可能性は、装置の多面的な使用を可能にする。
【００１６】
これに特に良好に適した本発明の変形例は、傾斜角が、材料に対するレーザ光線の運動方向に依存して調節可能であることによって提供される。これにより、構造部分の表面上のレーザ光線のジオメトリを調節することができ、この表面によって、改善された切断面の品質及び性状を得ることができる。この場合、例えば、レーザ光線の楕円形の形状は調節することができ、その際主軸は、材料上のレーザ光線の運動方向の方向に整向されており、従って、切断間隙を低減することができる。
【００１７】
レンズ装置が、光軸に対して横に可動である場合も、特に目的にかなっている。これにより、レンズ装置を通過する際の光軸からのレーザ光線の逸脱は相殺することができ、これにより、望まれないズレを回避することができる。従って、装置の使用は、実施すべき切断の信頼できる制御及び精度を考慮して、本質的に軽減される。
【００１８】
特に機能に適合した装置の他の発展構成は、レンズ装置が、光軸を中心として方位的に回転可能である場合にも得られる。これにより、構造部分の表面上のレーザ光線のジオメトリを固定させるレンズ装置の傾斜に依存せず、回転によって簡単な方法で、場合によっては楕円形のレーザスポットの主軸の位置が設定される。従ってレーザ光線は、ジオメトリを変更することなく問題なく材料上のレーザ光線の運動方向を回転させることによって追従させることができ、これにより切断面の一貫した性状が得られる。
【００１９】
本発明の特に簡単な形態は、レンズ装置が、同時に、レーザ光線を拡大させるためのビームエキスパンダとして構成されていることによっても実現される。これによりレンズ装置は、付加的な光学構造要素なしで、ほとんどビームエキスパンダのために必要な僅かな変更による構造要素によるだけで得ることができる。このようなビームエキスパンダは、既に、従来技術により、レーザ光線を拡大させるために使用されている。何故なら、これにより拡散が低減されるからである。レンズ装置とビームエキスパンダを組み合わせることによって、僅かな構造サイズを有する装置が実現可能になり、この構造サイズは、その上、僅かな数の光学構造要素でもって比較的安価に実現可能である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明は、種々の実施形を許容する。その基本原理を更に明確にするため、その内の一実施形を図面に図示し、以下に説明する。
【００２１】
図１は、図示されてない材料を加工するための本発明による装置１を示す。その際、同様に図示されてないレーザ源から放出されるレーザ光線２は、この場合、このレーザ光線は楕円形の横断面を備えるが、先ず平凸レンズ３に当たり、この平凸レンズを経て、光路が拡大される。これによりレーザ光線２の拡散が低減される。次いでレーザ光線２は、レンズ装置４、特に色消しレンズを通過する。レンズ装置４は、光軸５に対して傾斜角θでもって傾斜させられている。これによりレーザ光線２は、本質的に円形の横断面を与えられ、この横断面は、材料を通過する際に本質的に何ら逸脱を受けず、従って、所望の切断面が得られる。その際レンズ装置４は、同時に光軸５に対して偏心するようにずらされており、従って、出てくる光線は、値Δだけずらされるが、光軸５に対して角度をもたずに延在する。従って、装置１のための制御の手間は比較的僅かである。
【００２２】
レンズ装置４の正確な形態は、補足的に、部分的に断面にされ、拡大された前面図を、またレンズ装置４の側面図を示す図２及び３によっても示される。光軸５に対するレンズ装置の角度位置を調節するため、レンズ装置４はインナリング６内に保持されており、このインナリングは、軸７を中心として光軸５に対して捩じれ可能である。インナリング６は、その軸７でもって、アウタリング８内に固定されている。アウタリング８は、調整可能もしくは変位可能な２つの調整ネジ９及び１０と締付けバネ１１とによって、Ｘ方向及びＹ方向に方位的に捩じれ可能に保持されている。基本調整に関して、アウタリング８は、調整ネジ９，１０によってＸ方向及びＹ方向に調整可能である。これによりレンズ装置４は、無段階にその傾斜においても、またその位置においても、Ｘ方向及びＹ方向に調整可能並びに回転可能に配設されており、従って、それぞれの使用目的のために最適なレーザ光線の性状を調節することができる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明により、レーザ光線の運動方向によって本質的に影響を受けない所望の切断面の品質を、レーザ光線によって達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による装置を側面からの原理図で示す。
【図２】図１に示された装置のレンズ装置を前面図で示す。
【図３】レンズ装置を断面にした側面図で示す。
【符号の説明】
１　　　　　装置
２　　　　　レーザ光線
３　　　　　平凸レンズ
４　　　　　レンズ装置
５　　　　　光軸
６　　　　　インナリング
７　　　　　軸
８　　　　　アウタリング
９，１０　　調整ネジ
１１　　　　締付けバネ
θ　　　　　傾斜角
【図１】
2004017067.tif 000003
【図２】
2004017067.tif 000004
【図３】
2004017067.tif 000005