СВЕТООТРАЖАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, СВЕТОНАПРАВЛЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО И УСТРОЙСТВО ОПТИЧЕСКОГО СКАНИРОВАНИЯ
REFLECTIVE DEVICE, LIGHT-GUIDING DEVICE AND OPTICAL SCANNING DEVICE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение относится, главным образом, к светоотражающему устройству, которое отражает падающий свет, с тем чтобы отклонять его.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Традиционно, технология для сканирования света из источника света вдоль прямой линии сканирования широко использовалась в устройствах лазерной обработки, устройствах формирования изображений, и т.п. PTL 1 и 2 раскрывают устройство, обеспеченное в аппарате этого типа.
[0003] Устройство вращения зеркал из PTL 1 снабжено светопроекционным средством и светоотражающим средством. Светопроекционное средство снабжено устройством вращения зеркал, имеющим множество плоских зеркал, расположенных в правильной многоугольной форме. Посредством отражения света, падающего в заданном направлении, одним плоским зеркалом в устройстве вращения зеркал, которое вращается, устройство вращения плоских зеркал излучает свет при угловом перемещении с постоянной угловой скоростью. Светоотражающее средство отражает свет, излучаемый из светопроекционного средства, посредством множества отражателей и направляет свет в произвольную облучаемую точку на заданной линии сканирования.
[0004] Устройство вращения многоугольных зеркал из PTL 2 имеет светопроекционное средство и светоотражающее средство. Светопроекционное средство имеет многоугольное зеркало. Свет, падающий в заданном направлении, отражается отражающей поверхностью каждой стороны правильного многоугольника, включенного в многоугольное зеркало, которое вращается. Соответственно, многоугольное зеркало излучает свет при угловом перемещении с постоянной угловой скоростью. Светоотражающее средство отражает свет, излучаемый из светопроекционного средства, посредством множества отражателей и направляет свет в произвольную облучаемую точку на заданной линии сканирования.
[0005] Что касается устройства вращения зеркал из PTL 1, светопроекционное средство имеет только устройство вращения зеркал. Соответственно, происходит искажение сканирования и т.п. вследствие флуктуаций в положении отражения света на каждом плоском зеркале устройства вращения зеркал, когда устройство вращения зеркал вращается. Также, что касается устройства вращения многоугольных зеркал из PTL 2, светопроекционное средство имеет только устройство вращения многоугольных зеркал. Соответственно, происходит искажение сканирования и т.п. вследствие того факта, что положение отражения света на каждой боковой отражающей поверхности правильного многоугольника, включенного в многоугольное зеркало, флуктуирует, когда многоугольное зеркало вращается.
[0006] Таким образом, устройство вращения зеркал из PTL 1 снабжено механизмом возвратно-поступательного движения, который последовательно возвратно-поступательно перемещает плоское зеркало и подавляет флуктуацию положения отражения света посредством возвратно-поступательного движения плоского зеркала. Дополнительно, устройство вращения многоугольных зеркал из PTL 2 снабжено опорным элементом, который вращательно поддерживает многоугольное зеркало, и механизмом возвратно-поступательного движения, который возвратно-поступательно перемещает опорный элемент. Посредством возвратно-поступательного движения многоугольного зеркала вместе с опорным элементом подавляется флуктуация положения отражения света.
[0007] Так же, как и вышеупомянутое устройство, известно устройство, снабженное зеркальным гальванометром, имеющим конфигурацию, в которой подвижная часть, включающая в себя отражающее зеркало, осуществляет возвратно-поступательное колебательное движение. В этом устройстве, подвижная часть зеркального гальванометра колеблется при настройке скорости его колебаний, посредством чего предотвращается флуктуация положения отражения света.
ДОКУМЕНТЫ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ
ПАТЕНТНЫЕ ДОКУМЕНТЫ
[0004] PTL 1: патентная публикация Японии № 2018-105903.
PTL 2: патентная публикация Японии № 2018-97055.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ЗАДАЧИ, РЕШАЕМЫЕ ИЗОБРЕТЕНИЕМ
[0009] Хотя устройство вращения зеркал из PTL 1 и устройство вращения многоугольных зеркал из PTL 2, описанные выше, могут подавлять флуктуацию положения отражения света, они не могут предотвратить ее полностью. Дополнительно, в устройстве с зеркальным гальванометром, в котором подвижная часть зеркального гальванометра должна ускоряться и замедляться при колебаниях, область сканирования, сканируемая этим устройством, становится более узкой, и обрабатываемая зона облучаемого объекта, на которую излучается свет, уменьшается для предотвращения флуктуации положения отражения света.
[0010] Настоящее изобретение было осуществлено ввиду обстоятельств, описанных выше, и задачей настоящего изобретения является предотвращение флуктуации положения отражения света в устройстве для отклонения света, падающего в заданном направлении, без уменьшения обрабатываемой зоны облучаемого объекта, подлежащего облучению светом.
СРЕДСТВО ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ
[0011] Задача, решаемая настоящим изобретением, описана выше, и средство для решения задачи и его действие будут описаны ниже.
[0012] Первый аспект настоящего изобретения обеспечивает светоотражающее устройство, имеющее следующую конфигурацию. А именно, светоотражающее устройство содержит отражающий элемент, имеющий отражающую поверхность, которая образована в плоской форме для отражения падающего света. Отражающий элемент осуществляет вращение и обращение одновременно. Направление вращения отражающего элемента и направление обращения отражающего элемента одинаковы. Угловая скорость обращения отражающего элемента равна удвоенной угловой скорости вращения отражающего элемента.
[0013] Второй аспект настоящего изобретения обеспечивает устройство оптического сканирования, имеющее следующую конфигурацию. А именно, устройство оптического сканирования содержит вращающееся зеркало, приводной блок, и облучающее устройство. Приводной блок вращает вращающееся зеркало. Облучающее устройство излучает свет на вращающееся зеркало. Вращающееся зеркало содержит первую правильную многоугольную пирамиду и вторую правильную многоугольную пирамиду. Вторая правильная многоугольная пирамида расположена таким образом, что она обращена к первой правильной многоугольной пирамиде, причем ее ось совпадает с осью первой правильной многоугольной пирамиды. Боковые поверхности каждой из первой правильной многоугольной пирамиды и второй правильной многоугольной пирамиды являются светоотражающими поверхностями, каждая из которых образована в плоской форме. Число сторон правильных многоугольников одинаково на первой поверхности основания, которую имеет первая правильная многоугольная пирамида, и на второй поверхности основания, которую имеет вторая правильная многоугольная пирамида. Первая поверхность основания и вторая поверхность основания расположены перпендикулярно упомянутой оси. Первая правильная многоугольная пирамида и вторая правильная многоугольная пирамида вращаются как единое целое друг с другом вокруг упомянутой оси в качестве оси вращения приводным блоком, в то время как фаза правильного многоугольника первой поверхности основания и фаза правильного многоугольника второй поверхности основания соответствуют друг другу. Угол при основании первой правильной многоугольной пирамиды равен α°, если разрезать первую правильную многоугольную пирамиду вдоль плоскости, которая включает в себя упомянутую ось и середину одной из сторон правильного многоугольника первой поверхности основания. Угол при основании второй правильной многоугольной пирамиды равен (90-α)°, если разрезать вторую правильную многоугольную пирамиду вдоль плоскости, которая включает в себя упомянутую ось и середину одной из сторон правильного многоугольника второй поверхности основания. Расстояние между первой поверхностью основания и второй поверхностью основания равно сумме расстояния между серединой одной стороны правильного многоугольника первой поверхности основания и осью вращения, умноженного на tgα, и расстояния между серединой одной стороны правильного многоугольника второй поверхности основания и осью вращения, умноженного на tg(90-α). Облучающее устройство излучает свет в некоторое положение таким образом, что свет пересекает ось вращения вращающегося зеркала.
[0014] В результате, положение отражения света относительно падающего света постоянно относительно отражающего элемента, и, таким образом, предотвращается флуктуация положения отражения света. Таким образом может быть предотвращено искажение при осуществлении сканирования.
ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0015] Согласно настоящему изобретению, в светоотражающем устройстве, которое отклоняет свет, падающий в заданном направлении, можно предотвратить флуктуацию положения отражения света.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0016] Фиг. 1 является диагональным видом устройства лазерной обработки, содержащего светонаправляющее устройство согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 2 является схематическим изображением примера, в котором светонаправляющее устройство включает в себя единственный отражающий блок.
Фиг. 3 является диагональным видом отражающего блока.
Фиг. 4 является разрезом отражающего блока.
Фиг. 5 является изображением, показывающим вращение на 180° отражающего элемента при обращении на 360°.
Фиг. 6 является изображением, показывающим отражение падающего света отражающим элементом.
Фиг. 7 является разрезом отражающего блока, разрезанного вдоль плоскости, перпендикулярной оси обращения отражающего элемента.
Фиг. 8 является изображением, показывающим соотношение между положением, в котором падающий свет попадает на отражающий элемент, и углами обращения и вращения.
Фиг. 9 является разрезом, показывающим первую модификацию отражающего блока.
Фиг. 10 является разрезом, показывающим вторую модификацию отражающего блока.
Фиг. 11 является изображением, показывающим светонаправляющее устройство согласно второму варианту осуществления, когда первый отражающий блок находится в отражающем состоянии.
Фиг. 12 является изображением, показывающим ситуацию, в которой первый отражающий блок перешел в пропускающее состояние, и второй отражающий блок перешел в отражающее состояние, из ситуации на фиг. 11.
Фиг. 13 является диагональным видом вращающегося зеркала согласно третьему варианту осуществления.
ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0017] Далее со ссылкой на чертежи будет описан вариант осуществления настоящего изобретения. Сначала, со ссылкой на фиг. 1, будет описана конфигурация устройства 1 лазерной обработки (устройства оптического сканирования), содержащего светонаправляющее устройство 13 согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. Фиг. 1 является диагональным видом устройства 1 лазерной обработки.
[0018] Устройство 1 лазерной обработки, показанное на фиг. 1, может обрабатывать деталь 200 посредством излучения лазерного луча на деталь 200 (облучаемый объект), сканируя при этом деталь 200 светом.
[0019] В настоящем варианте осуществления, устройство 1 лазерной обработки может осуществлять нетермическую обработку. Например, нетермическая обработка включает в себя абляционную обработку. Абляционная обработка является обработкой, при которой часть детали 200 испаряется при облучении лазерным лучом этой части детали 200. Устройство 1 лазерной обработки может быть выполнено с возможностью осуществлять термическую обработку, при которой деталь 200 расплавляется теплом лазерного луча.
[0020] Деталь 200 является пластинчатым элементом. Деталь 200 может быть изготовлена, например, из пластика, армированного углеродным волокном (carbon fiber reinforced plastic - CFRP). Деталь 200 не ограничена пластинчатым элементом и может быть, например, блочным элементом. Также, деталь 200 может быть изготовлена из других материалов.
[0021] Лазерный луч, используемый в устройстве 1 лазерной обработки, может быть видимым светом или электромагнитными волнами в диапазоне длин волн, отличном от диапазона видимого света. В этот вариант осуществления включены и называются «светом» не только видимый свет, но и различные электромагнитные волны с более широким диапазоном длин волн, чем диапазон видимого света.
[0022] Как показано на фиг. 1, устройство 1 лазерной обработки включает в себя секцию 11 подачи, генератор 12 лазерного излучения, и светонаправляющее устройство 13.
[0023] Секция 11 подачи может перемещать деталь 200 в направлении (суб-направлении сканирования), которое по существу ортогонально основному направлению сканирования устройства 1 лазерной обработки. Лазерную обработку осуществляют, в то время как деталь 200 перемещается секцией 11 подачи.
[0024] В этом варианте осуществления, секция 11 подачи является ленточным конвейером. Секция 11 подачи конкретно не ограничена. Секция 11 подачи может быть роликовым конвейером или может быть конфигурацией, в которой деталь 200 захватывается и подается. Также, секция 11 подачи может быть исключена, и обработка может осуществляться посредством излучения лазерного луча на деталь 200, которая зафиксирована, с тем чтобы она не перемещалась.
[0025] Генератор 12 лазерного излучения является источником света лазерного луча и может генерировать импульсное лазерное излучение с короткими длительностями импульса посредством импульсной генерации. Длительность импульса импульсного лазерного излучения конкретно не ограничена. Длительность импульса является коротким интервалом времени, например, наносекундного порядка, пикосекундного порядка, или фемтосекундного порядка. Генератор 12 лазерного излучения может быть выполнен с возможностью генерировать CW-лазерное излучение посредством генерации непрерывной волны.
[0026] Светонаправляющее устройство 13 направляет лазерный луч, генерируемый генератором 12 лазерного излучения, для облучения детали 200. Лазерный луч, направляемый светонаправляющим устройством 13, излучается в облучаемую точку 202 на линии 201 сканирования, определенной на поверхности детали 200. Как будет подробно описано ниже, светонаправляющее устройство 13 заставляет облучаемую точку 202, в которой деталь 200 облучается лазерным лучом, перемещаться с по существу постоянной скоростью вдоль прямой линии 201 сканирования. Таким образом реализуют сканирование света.
[0027] Далее со ссылкой на фиг. 2 будет подробно описано светонаправляющее устройство 13. Фиг. 2 является схематическим изображением светонаправляющего устройства 13.
[0028] Как показано на фиг. 2, светонаправляющее устройство 13 включает в себя по меньшей мере один отражающий блок 20 (светоотражающее устройство). В этом варианте осуществления, светонаправляющее устройство 13 имеет один отражающий блок 20. Отражающий блок 20 расположен внутри корпуса 17, включенного в светонаправляющее устройство 13.
[0029] Когда лазерный луч, излучаемый из генератора 12 лазерного излучения, входит в отражающий блок 20, отражающий блок 20 отражает лазерный луч, с тем чтобы направить лазерный луч на деталь 200. Лазерный луч, падающий из генератора 12 лазерного излучения на отражающий блок 20, называется далее падающим светом. Отражающий блок 20 размещен таким образом, что он отделен от детали 200 заданным расстоянием.
[0030] Отражающий блок 20 может оптически сканировать посредством отражения и отклонения падающего света. Фиг. 1 и фиг. 2 показывают область 31 сканирования, которая является областью, в которой деталь 200 оптически сканируется отражающим блоком 20. Область 31 сканирования образует линию 201 сканирования. Область 31 сканирования сканируется отражающим блоком 20.
[0031] Далее со ссылкой на фиг. 2-4 будет подробно описан отражающий блок 20. Фиг. 3 является диагональным видом отражающего блока 20. Фиг. 4 является разрезом отражающего блока 20.
[0032] Как показано на фиг. 2, отражающий блок 20 включает в себя опорную пластину 41 (опорный элемент), отражающие элементы 42, двигатель 44, призму 51, и линзу 53 сканирования.
[0033] Опорная пластина 41 является дискообразным элементом и является вращаемой относительно корпуса 63, описанного ниже. Первый вращательный вал 61 вращательно поддерживается корпусом 63. Опорная пластина 41 прикреплена к аксиальному концу первого вращательного вала 61. Выходной вал двигателя 44 соединен с другим концом первого вращательного вала 61 в аксиальном направлении.
[0034] Как показано на фиг. 4, отражающий блок 20 включает в себя корпус 63, в котором размещен приводной передаточный механизм отражающего блока 20. Корпус 63 закреплен в пригодном местоположении на корпусе 17, показанном на фиг. 2.
[0035] Корпус 63 образован в полой цилиндрической форме с открытой одной аксиальной стороной. Опорная пластина 41 расположена вблизи открытой стороны корпуса 63. Первый вращательный вал 61 расположен таким образом, что он проходит сквозь корпус 63.
[0036] Каждый из отражающих элементов 42 является элементом, образованным в блочной форме. Отражающий элемент 42 является вращаемым относительно опорной пластины 41. Вторые вращательные валы 62 вращательно поддерживаются опорной пластиной 41. Каждый из вторых вращательных валов 62 направлен параллельно первому вращательному валу 61 и расположен таким образом, что он проходит сквозь опорную пластину 41.
[0037] Отражающий элемент 42 поддерживается опорной пластиной 41 посредством части 71 основания и второго вращательного вала 62.
[0038] Часть 71 основания образована в форме небольшого диска, как это показано на фиг. 3. Часть 71 основания прикреплена к одному концу второго вращательного вала 62 в аксиальном направлении, как это показано на фиг. 4. Другой конец второго вращательного вала 62 расположен в аксиальном направлении внутри корпуса 63.
[0039] Описанный выше отражающий элемент 42 прикреплен к части 71 основания. Соответственно, отражающий элемент 42 может вращаться вместе с частью 71 основания и вторым вращательным валом 62.
[0040] Отражающие элементы 42 могут двигаться по орбите вокруг первого вращательного вала 61 вместе с опорной пластиной 41 (обращение). Одновременно, отражающие элементы 42 могут вращаться вокруг второго вращательного вала 62 (вращение). Ниже, аксиальный центр первого вращательного вала 61 может называться осью обращения, и аксиальный центр каждого из вторых вращательных валов 62 может называться осью вращения. Приводной механизм отражающих элементов 42 будет описан ниже.
[0041] В настоящем варианте осуществления обеспечены три отражающих элемента 42. Эти три отражающих элемента 42 расположены на поверхности на стороне опорной пластины 41, которая является дальней от корпуса 63.
[0042] Как показано на фиг. 2, три отражающих элемента 42 расположены в опорной пластине 41 таким образом, что они в равной степени делят круг, имеющий первый вращательный вал 61 в качестве центра. Конкретно, три отражающих элемента 42 расположены с равными интервалами (интервалами 120°) в круговом направлении опорной пластины 41.
[0043] Каждый из отражающих элементов 42 отражает свет, с тем чтобы направить его в область 31 сканирования. Как показано на фиг. 4, отражающий элемент 42 имеет первый отражатель 81 и второй отражатель 82. Первый отражатель 81 и второй отражатель 82 расположены парно на противоположных сторонах второго вращательного вала 62 (оси вращения).
[0044] Для конкретного объяснения, отражающий элемент 42 образован в прямоугольной блочной форме. В этом отражающем элементе 42, первый отражатель 81 расположен на одной из двух противоположных поверхностей, расположенных на противоположных сторонах оси вращения, и второй отражатель 82 расположен на другой поверхности. Первый отражатель 81 и второй отражатель 82 образованы симметрично друг относительно друга.
[0045] Как будет подробно описано ниже, угловая скорость вращения опорной пластины 41 управляется таким образом, что она равна удвоенной угловой скорости вращения отражающего элемента 42. Соответственно, в то время как опорная пластина 41 вращается на 360°, отражающий элемент 42 вращается на 180°.
[0046] Если смотреть на отражающий элемент 42 вдоль оси вращения, то первый отражатель 81 и второй отражатель 82 расположены таким образом, что они обращены в противоположные стороны друг от друга.
[0047] Фиг. 5 показывает обращение и вращение отражающего элемента 42, если сфокусировать внимание только на одном из трех отражающих элементов 42. Для облегчения понимания ориентации отражающего элемента 42, на фиг. 5 крайняя часть отражающего элемента 42 на стороне, близкой к первому отражателю 81, заштрихована. На фиг. 5, как направление обращения, так и направление вращения отражающего элемента 42 направлены против часовой стрелки.
[0048] Как показано на фиг. 5, отражающий элемент 42 вращается на 180° вместе с вращением на 360° опорной пластины 41. Соответственно, каждый раз, когда отражающий элемент 42 обращается на 360°, он вращается на 180°, и ориентации первого отражателя 81 и второго отражателя 82 меняются. Таким образом, при каждом вращении на 360° опорной пластины 41, поверхность, на которой отражается падающий свет, попеременно переключается между первым отражателем 81 и вторым отражателем 82.
[0049] Каждый из первого отражателя 81 и второго отражателя 82 имеет первую отражающую поверхность 85 и вторую отражающую поверхность 86. Конфигурации первого вращательного вала 61 и второго отражателя 82 по существу идентичны друг другу. Таким образом, конфигурация первого отражателя 81 будет описана ниже как характерная.
[0050] Для конкретного объяснения, V-образный в поперечном сечении паз образован в отражающем элементе 42, чтобы сделать открытой сторону, дальнюю от оси вращения. Продольное направление этого паза направлено перпендикулярно оси вращения. Первая отражающая поверхность 85 и вторая отражающая поверхность 86 образованы на внутренней стенке этого паза. Первый отражатель 81 образован из первой отражающей поверхности 85 и второй отражающей поверхности 86.
[0051] Первая отражающая поверхность 85 и вторая отражающая поверхность 86 образованы в плоской форме. Первая отражающая поверхность 85 расположена под наклоном относительно виртуальной плоскости, перпендикулярной второму вращательному валу 62. Вторая отражающая поверхность 86 под наклоном относительно виртуальной плоскости, перпендикулярной второму вращательному валу 62.
[0052] Как показано на фиг. 6, первая отражающая поверхность 85 и вторая отражающая поверхность 86 наклонены относительно виртуальной плоскости, перпендикулярной второму вращательному валу 62, в противоположных направлениях и под одинаковыми углами Ɵ (конкретно, 45°). Соответственно, первая отражающая поверхность 85 и вторая отражающая поверхность 86 симметричны относительно плоскости 87 симметрии, перпендикулярной второму вращательному валу 62. Первая отражающая поверхность 85 и вторая отражающая поверхность 86 расположены таким образом, что они образуют V-образную форму с углом 90°.
[0053] В случае этой конфигурации, падающий свет, направленный в светонаправляющее устройство 13, поворачивается призмой 51 и распространяется вдоль первого оптического пути L1 в направлении приближения к отражающему блоку 20. Первый оптический путь L1 ортогонален направлению оси обращения отражающего элемента 42.
[0054] Три отражающих элемента 42 приводятся в движение двигателем 44 для осуществления обращения и вращения, посредством чего они последовательно перемещаются через первый оптический путь L1. Соответственно, на эти три отражающих элемента 42 последовательно попадает свет, падающий вдоль первого оптического пути L1, и они отражают этот свет.
[0055] Приблизительно в то время, когда отражающий элемент 42, который обращается, находится ближе всего к верхней по ходу стороне относительно первого оптического пути L1, первая отражающая поверхность 85, которая относится к первому отражателю 81 или второму отражателю 82, расположена таким образом, что она перекрывает первый оптический путь L1, как это показано на фиг. 3. Соответственно, падающий свет отражается первой отражающей поверхностью 85 и затем отражается второй отражающей поверхностью 86.
[0056] Когда отражающий элемент 42 осуществляет обращение и вращение при попадании на него падающего света, как показано на фиг. 4, направления первой отражающей поверхности 85 и второй отражающей поверхности 86 непрерывно изменяются. Соответственно, направление света, излучаемого из второй отражающей поверхности 86, плавно изменяется, как показано белой стрелкой на фиг. 3. Таким образом реализуется отклонение излучаемого света.
[0057] Поскольку первая отражающая поверхность 85 и вторая отражающая поверхность 86 расположены в V-образной форме, когда отражающий элемент 42 осуществляет обращение и вращение, свет, излучаемый от отражающего элемента 42, отклоняется вдоль плоскости, перпендикулярной оси вращения. Эта плоскость смещена в направлении второго вращательного вала 62 (другими словами, в направлении первого вращательного вала 61) относительно первого оптического пути L1. Это позволяет направлять свет, отражаемый второй отражающей поверхностью 86, на деталь 200 по второму оптическому пути L2, который смещен относительно первого оптического пути L1.
[0058] Падающий свет входит в отражающий блок 20 в направлении, перпендикулярном оси вращения и оси обращения. Когда фаза обращения отражающего элемента 42 полностью совпадает с направлением падающего света, первая отражающая поверхность 85 и вторая отражающая поверхность 86 ортогональны падающему свету, если смотреть вдоль второго вращательного вала 62. Соответственно, в это время падающий свет отражается два раза отражающим элементом 42 таким образом, что он поворачивается назад, как показано на фиг. 3, и излучается вдоль второго оптического пути L2, который параллелен и противоположен направлению первого оптического пути L1.
[0059] Таким образом, падающий свет отклоняется посредством его отражения первой отражающей поверхностью 85 и второй отражающей поверхностью 86. Здесь, как показано на фиг. 6, рассматривается зеркальное изображение плоскости 87 симметрии относительно первой отражающей поверхности 85 и зеркальное изображение плоскости 87 симметрии относительно второй отражающей поверхности 86. Оба эти два зеркальных изображения эквивалентны плоскости 88, расположенной внутри отражающего элемента 42. С точки зрения длины оптического пути, случай, когда падающий свет отражается со смещением первой отражающей поверхностью 85 и второй отражающей поверхностью 86, и случай, когда падающий свет отражается плоскостью 88 без смещения, эквивалентны. В этом смысле можно сказать, что виртуальная плоскость 88, описанная выше, является условной отражающей поверхностью.
[0060] Плоскость 88 будет теперь описана на основании другого аспекта. Ниже, оптический путь от точки, в которой падающий свет отражается первой отражающей поверхностью 85, до точки, в которой он отражается второй отражающей поверхностью 86, называется промежуточным оптическим путем L3. Середина промежуточного оптического пути L3 расположена в плоскости 87 симметрии.
[0061] Как показано пунктирной линией на фиг. 6, рассматривается случай, когда первый оптический путь L1 падающего света продолжается от первой отражающей поверхности 85 таким образом, что он ныряет вовнутрь отражающего элемента 42. Точка 77 на конце линии 76 продолжения, которая продолжает первый оптический путь L1 падающего света на длину D1, которая равна половине длины промежуточного оптического пути L3, расположена в плоскости 88.
[0062] Подобным образом, рассмотрим случай, когда второй оптический путь L2 падающего света продолжается от второй отражающей поверхности 86 таким образом, что он ныряет вовнутрь отражающего элемента 42. Точка 79 на конце линии 78 продолжения, которая продолжает второй оптический путь L2 падающего света на длину D1, которая равна половине длины промежуточного оптического пути L3, расположена в плоскости 88.
[0063] Фиг. 6 показывает состояние, в котором направление второго оптического пути L2 является центром диапазона углов отклонения. Однако независимо от того, в каком направлении падающий свет отклоняется отражающим элементом 42, концы линий 76, 78 продолжения всегда расположены в плоскости 88.
[0064] Эта плоскость 88 является также плоскостью отсчета, в которой симметрично расположены первый отражатель 81 и второй отражатель 82. Соответственно, хотя плоскость 88 показана на фиг. 6 в связи с первым отражателем 81, плоскость 88 является общей для первого отражателя 81 и второго отражателя 82. Также, в настоящем варианте осуществления ось вращения отражающего элемента 42 (другими словами, аксиальный центр второго вращательного вала 62) расположена таким образом, что она включена в эту плоскость 88.
[0065] Соответственно, отклонение падающего света на первом отражателе 81 и втором отражателе 82 отражающего элемента 42 является по существу таким же, как отклонение падающего света отражающими поверхностями, расположенными на передней и задней сторонах плоскости 88 нулевой толщины, которая осуществляет вращение и обращение как единое целое с отражающим элементом 42. Фиг. 2 показывает соотношение между отражающим элементом 42, который вращается и обращается, и плоскостью 88.
[0066] Призма 51 содержит пригодный оптический элемент. Призма 51 расположена дальше в верхнюю по ходу сторону относительно первого оптического пути L1, чем отражающий элемент 42. Призма 51 позволяет направлять лазерный луч из генератора 12 лазерного излучения на отражающий элемент 42.
[0067] Линза 53 сканирования является линзой с поверхностью свободной формы, например, может быть использована известная линза fƟ. Линза 53 сканирования расположена между отражающим элементом 42 и областью 31 сканирования. С помощью этой линзы 53 сканирования, фокусное расстояние может быть сделано постоянным в центре и периферических частях области сканирования.
[0068] Двигатель 44 генерирует движущую силу для обращения и вращения отражающего элемента 42. Движущая сила двигателя 44 передается планетарной зубатой передаче через выходной вал двигателя 44, посредством чего опорная пластина 41 и отражающие элементы 42 вращаются. Двигатель 44 является в этом варианте осуществления электрическим двигателем, но не ограничен этим.
[0069] Далее со ссылкой на фиг. 4 и 7 будет описан приводной механизм для вращения опорной пластины 41 и отражающих элементов 42. Фиг. 7 является разрезом отражающего блока 20, разрезанного вдоль плоскости, перпендикулярной оси обращения.
[0070] Как показано на фиг. 4, центр опорной пластины 41 прикреплен к аксиальному концу первого вращательного вала 61. Выходной вал двигателя 44 соединен с другим концом первого вращательного вала 61 в аксиальном направлении.
[0071] Вторые вращательные валы 62 расположены в положениях, находящихся радиально снаружи центра опорной пластины 41. Каждый из вторых вращательных валов 62 вращательно поддерживается опорной пластиной 41. Аксиальная концевая часть второго вращательного вала 62 расположена снаружи корпуса 63 и прикреплена к части 71 основания. Другая аксиальная концевая часть второго вращательного вала 62 в аксиальном направлении расположена внутри корпуса 63.
[0072] Как показано на фиг. 7, планетарная шестерня 91 прикреплена к каждому из вторых вращательных валов 62 внутри корпуса 63. Планетарные шестерни 91 соединены с солнечной шестерней 92, обеспеченной вокруг первого вращательного вала 61, посредством промежуточных шестерней 93. Солнечная шестерня 92 прикреплена к корпусу 63. Каждая из промежуточных шестерней 93 вращательно поддерживается опорной пластиной 41.
[0073] В результате, когда двигатель 44 приводится в действие, движущая сила двигателя 44 передается первому вращательному валу 61, заставляющему опорную пластину 41 вращаться. Вращение опорной пластины 41 заставляет валы промежуточных шестерней 93 и валы планетарных шестерней 91 (вторые вращательные валы 62) перемещаться вокруг солнечной шестерни 92. В это время, промежуточные шестерни 93, сцепляющиеся с солнечной шестерней 92, вращаются, и планетарные шестерни 91, сцепляющиеся с промежуточными шестернями 93, также вращаются. Соответственно, отражающие элементы 42, которые прикреплены к планетарным шестерням 91 посредством вторых вращательных валов 62, осуществляют обращение и вращение одновременно.
[0074] Солнечная шестерня 92 прикреплена к корпусу 63, и промежуточные шестерни 93 расположены между планетарными шестернями 91 и солнечной шестерней 92. Соответственно, направление вращения опорной пластины 41, которая является водилом планетарной передачи, и направление вращения вторых вращательных валов 62 (отражающих элементов 42) являются одним и тем же направлением. Дополнительно, число зубьев каждой из планетарных шестерней 91 равно удвоенному числу зубьев солнечной шестерни 92. В результате, угловая скорость обращения отражающего элемента 42 равна удвоенной угловой скорости вращения отражающего элемента 42.
[0075] Далее со ссылкой на фиг. 8 будет подробно описано соотношение между угловой скоростью обращения и угловой скоростью вращения отражающих элементов 42.
[0076] На фиг. 8, траектория второго вращательного вала 62, связанная с вращением опорной пластины 41, показана в виде окружности 101 обращения. Центр окружности 101 обращения расположен в точке пересечения (в начале координат, О) оси Х и оси Y, продолжающихся перпендикулярно друг другу. Начало координат, О, соответствует оси обращения отражающих элементов 42. Как описано выше, отклонение света на отражающем элементе 42 может считаться по существу таким же, как отклонение посредством отражения света на вышеупомянутой плоскости 88. Соответственно, на фиг. 8 отражающий элемент 42 представлен прямой линией, указывающей на плоскость 88, которая эквивалентна виртуальной отражающей поверхности.
[0077] Ось вращения отражающего элемента 42 расположена в произвольной точке на окружности 101 обращения. Здесь, рассмотрим состояние, в котором ось вращения отражающего элемента 42 находится в положении точки Р, и ориентация отражающей поверхности отражающего элемента 42 перпендикулярна оси Х. В этом состоянии, свет, падающий по направлению к началу координат, О, в направлении оси Х, отражается отражающим элементом 42 в точке Р. Если смотреть двумерно, как показано на фиг. 8, оптический путь отраженного света соответствует оптическому пути падающего света.
[0078] Предположим, что положение оси вращения отражающего элемента 42 изменяется на угол Ɵ и перемещается из точки Р в точку Q, когда опорная пластина 41 вращается. Для обеспечения того, чтобы точка, в которой падающий свет попадает на отражающий элемент 42, не уходила из точки Р, даже когда отражающий элемент 42 обращается таким образом, рассмотрим, каким должен быть угол вращения отражающего элемента 42 относительно угла обращения.
[0079] Для отражения падающего света в точке Р, даже если ось вращения отражающего элемента 42 находится в точке Q, ориентация отражающего элемента 42 должна соответствовать ориентации линии, прочерченной от точки Q до точки Р.
[0080] Середина прямой линии, соединяющей точку Р и точку Q, определяется как М. Также, рассмотрим прямую линию, проходящую через точку Q и продолжающуюся параллельно оси Y, и точку пересечения этой линии с осью Х определим как N.
[0081] Поскольку обе точки P и Q находятся на окружности 101 обращения, треугольник OPQ является равнобедренным треугольником. Таким образом, угол OPM, образованный линией ОР и линией РМ, равен углу OQM, образованному линией OQ и линией QM. Прямая линия ОМ и прямая линия PQ ортогональны. Также, прямая линия ОР ортогональна прямой линии QN.
[0082] Если мы сфокусируемся на треугольнике OQM и треугольнике NQP, то, как описано выше, два угла одного треугольника равны двум углам другого треугольника. Таким образом, треугольник OQM и треугольник NQP являются геометрически подобными.
[0083] Таким образом, угол QOM, образованный линией QO и линией OM, равен углу PQN, образованному линией PQ и линией QN. Угол QOP, образованный прямой линией QO и прямой линией OP, равен Ɵ. Таким образом, угол QOM равен Ɵ/2, и угол PQN также равен Ɵ/2.
[0084] На основании этого результата можно понять, что если отражающий элемент 42 осуществляет обращение и вращение одновременно таким образом, что угловая скорость обращения равна удвоенной угловой скорости вращения, то длина оптического пути может сохраняться постоянной, поскольку отражающий элемент 42 пересекает оптический путь таким образом, что падающий свет всегда попадает на него в точке Р.
[0085] Таким образом, в настоящем варианте осуществления падающий свет отражается и отклоняется посредством вращения отражающего элемента 42, имеющего отражающие поверхности 85, 86. Отражающий элемент 42 приводится во вращение с постоянной угловой скоростью и не осуществляет возвратно-поступательного движения (ускорение/замедление) подобно зеркальному гальванометру. Соответственно, можно предотвратить сужение области 31 сканирования, в которой скорость перемещения облучаемой точки 202 может быть постоянной, и подавить уменьшение обрабатываемой светом зоны детали 200. Дополнительно, комбинация обращения и вращения отражающих элементов 42 может предотвратить флуктуации точки, в которой на отражающий элемент 42 попадает падающий свет. Таким образом, свет может быть направлен на линзу 53 сканирования в идеальном состоянии так же, как с использованием зеркального гальванометра. Таким образом, можно получить светоотражающее устройство, имеющее как высокую скорость облучения, которая является преимуществом многоугольного зеркала, так и стойкость к флуктуациям точки отражения, которая является преимуществом зеркального гальванометра.
[0086] Как описано выше, отражающий блок 20 настоящего варианта осуществления содержит отражающие элементы 42, имеющие отражающие поверхности 85, 86, каждая из которых образована в плоской форме. Отражающие поверхности 85, 86 отражают падающий свет. Каждый из отражающих элементов 42 осуществляет обращение и вращение одновременно. Направление обращения отражающего элемента 42 и направление вращения отражающего элемента 42 одинаковы. Угловая скорость обращения отражающего элемента 42 равна удвоенной угловой скорости вращения отражающего элемента 42.
[0087] В результате, положение отражения света относительно падающего света постоянно относительно отражающего элемента 42, и предотвращается флуктуация положения отражения света. Соответственно, может быть уменьшено искажение сканирования. В отличие от зеркального гальванометра, отклонение реализуется посредством вращения отражающего элемента 42 вместо возвратно-поступательного движения. Таким образом легко осуществлять сканирование с постоянной скоростью.
[0088] В отражающем блоке 20 этого варианта осуществления, отражающие поверхности 85, 86 расположены парно на противоположных сторонах оси вращения отражающего элемента 42.
[0089] Отражающий элемент 42 изменяет свою ориентацию посредством вращения на 180° при каждом обращении на 360°. Отражающие поверхности 85, 86, чьи ориентации на 180° отличаются друг от друга, расположены парно на отражающем элементе 42. В результате, когда отражающий элемент 42 пересекает оптический путь падающего света, одна из двух отражающих поверхностей эффективно отражает свет. Соответственно, падающий свет может быть эффективно направлен на деталь 200.
[0090] Отражающий блок 20 настоящего варианта осуществления снабжен тремя отражающими элементами 42. Оси обращения трех отражающих элементов 42 совпадают. Три отражающих элемента 42 расположены таким образом, что они делят круг, центрированный на оси обращения, на равные угловые интервалы.
[0091] Это позволяет направлять падающий свет на деталь 200 еще более эффективно.
[0092] Отражающий блок 20 настоящего варианта осуществления содержит планетарную зубчатую передачу. Планетарная зубчатая передача заставляет отражающие элементы 42 осуществлять обращение и вращение.
[0093] В результате, сложное функционирование, объединяющее обращение и вращение отражающих элементов 42, может быть реализовано простой конфигурацией.
[0094] В отражающем блоке 20 настоящего варианта осуществления, отражающий элемент 42 отражает свет, с тем чтобы отклонить свет вдоль плоскости, перпендикулярной оси вращения, как это показано на фиг. 3. Эта плоскость смещена в направлении оси вращения относительно падающего света, который входит в отражающий элемент 42.
[0095] Это позволяет обеспечить расположение, при котором отраженному свету, отражаемому отражающим элементом 42, не мешает оптический элемент и т.п., используемый для направления падающего света на отражающий блок 20.
[0096] В настоящем варианте осуществления, первая отражающая поверхность 85 и вторая отражающая поверхность 86 образованы на каждом из отражающих элементов 42. Первая отражающая поверхность 85 образована в плоской форме, наклоненной относительно плоскости, перпендикулярной оси вращения отражающего элемента 42. Вторая отражающая поверхность 86 образована в плоской форме, наклоненной относительно плоскости, перпендикулярной оси вращения отражающего элемента 42. Направление, в котором первая отражающая поверхность 85 наклонена относительно плоскости, перпендикулярной оси вращения, и направление, в котором вторая отражающая поверхность 86 наклонена относительно плоскости, перпендикулярной оси вращения, противоположны. Падающий свет отражается первой отражающей поверхностью 85 и затем отражается второй отражающей поверхностью 86. Первая отражающая поверхность 85 и вторая отражающая поверхность 86 образованы симметрично друг другу относительно плоскости 87 симметрии. Зеркальное изображение плоскости 87 симметрии относительно первой отражающей поверхности 85 и зеркальное изображение плоскости 87 симметрии относительно второй отражающей поверхности 86 идентичны друг другу и находятся в плоскости 88. Ось вращения отражающего элемента 42 включена в плоскость 88 зеркальных изображений.
[0097] Это позволяет обеспечить простую конфигурацию, в которой падающий свет отражается и при этом смещается на отражающем элементе 42, и положение отражения света относительно падающего света постоянно относительно отражающего элемента 42.
[0098] В светонаправляющем устройстве 13 настоящего варианта осуществления, угол Ɵ, под которым наклонена первая отражающая поверхность 85 относительно плоскости, перпендикулярной оси вращения, равен 45°. Угол Ɵ, под которым наклонена вторая отражающая поверхность 86 относительно плоскости 88, перпендикулярной оси вращения, равен 45°.
[0099] Это позволяет обеспечить простую конфигурацию отражающего элемента 42.
[0100] Светонаправляющее устройство 13 настоящего варианта осуществления включает в себя отражающий блок 20 описанной выше конфигурации. Падающий свет отклоняется отражающим блоком 20 для сканирования детали 200.
[0101] Это позволяет обеспечить сканирование с минимальным искажением.
[0102] Светонаправляющее устройство 13 настоящего варианта осуществления включает в себя линзу 53 сканирования. Линза 53 сканирования размещена на оптическом пути от отражающего элемента 42 к области 31 сканирования.
[0103] Это позволяет выровнять фокусное расстояние для всей области сканирования. Также, свет может быть направлен на линзу 53 сканирования в идеальном состоянии.
[0104] Далее будет описана первая модификация приводного механизма опорной пластины 41 и отражающего элемента 42. В описании этой модификации, элементам, идентичным или подобным элементам описанного выше варианта осуществления, даны такие же ссылочные позиции на чертежах, и их описание может быть опущено.
[0105] В модификации, показанной на фиг. 9, кольцевая шестерня 94 закреплена вблизи внешней окружности опорной пластины 41. Кольцевая шестерня 94 сцепляется с ведущей шестерней 95, прикрепленной к выходному валу двигателя 44. Остальная часть конфигурации по существу такая же, как на фиг. 4.
[0106] В этой модификации, опорная пластина 41 может также вращаться при приведении в действие двигателя 44, чтобы заставить отражающий элемент 42 осуществлять обращение и вращение.
[0107] Далее будет описана вторая модификация приводного механизма для опорной пластины 41 и отражающего элемента 42. В описании этой модификации, элементам, идентичным или подобным элементам описанного выше варианта осуществления, даны такие же ссылочные позиции на чертежах, и их описание может быть опущено.
[0108] В модификации, показанной на фиг. 10, подобно фиг. 9, кольцевая шестерня 94 закреплена вблизи внешней окружности опорной пластины 41.
[0109] Шестерня 96 с двумя диаметрами вращательно поддерживается внутри корпуса 63. Шестерня 96 с двумя диаметрами включает в себя шестерню 96а большого диаметра и шестерню 96b малого диаметра. Шестерня 96а большого диаметра и шестерня 96b малого диаметра вращаются как единое целое друг с другом. Шестерня 96а большого диаметра сцепляется с ведущей шестерней 95, прикрепленной к выходному валу двигателя 44. Шестерня 96b малого диаметра сцепляется с кольцевой шестерней 94.
[0110] Передаточная шестерня 97 вращательно поддерживается в корпусе 63. Передаточная шестерня 97 сцепляется с шестерней 96а большого диаметра, включенной в шестерню 96 с двумя диаметрами.
[0111] В отличие от описанного выше варианта осуществления и т.п., солнечная шестерня 92 вращательно поддерживается корпусом 63. Передаточная шестерня 97 соединена с солнечной шестерней 92 посредством передаточного вала 98. Солнечная шестерня 92 вращается как единое целое с передаточным валом 98.
[0112] В этой модификации исключена промежуточная шестерня 93. Солнечная шестерня 92 прямо сцеплена с планетарной шестерней 91 без промежуточной шестерни 93.
[0113] В случае этой конфигурации, когда двигатель 44 приводится в действие, шестерня 96 с двумя диаметрами вращается. В результате, кольцевая шестерня 94 приводится в движение шестерней 96b малого диаметра, и опорная пластина 41 вращается. Одновременно, передаточная шестерня 97 приводится в движение шестерней 96а большого диаметра, и солнечная шестерня 92 вращается.
[0114] Солнечная шестерня 92 вращается с большей угловой скоростью, чем опорная пластина 41, и в том же направлении, что и опорная пластина 41. В результате, планетарная шестерня 91 может осуществлять вращение в том же направлении, что и обращение. Посредством определения числа зубьев шестерни 96 с двумя диаметрами и т.п. по известной формуле, может быть создана конфигурация для одновременного осуществления обращения и вращения таким образом, чтобы угловая скорость обращения отражающего элемента 42 была равна удвоенной угловой скорости вращения.
[0115] Далее со ссылкой на фиг. 11 и 12 будет описан второй вариант осуществления светонаправляющего устройства 13. В описании этого варианта осуществления, элементам, идентичным или подобным элементам описанного выше варианта осуществления, даны такие же ссылочные позиции на чертежах, и их описание может быть опущено.
[0116] Настоящий вариант осуществления отличается от первого варианта осуществления тем, что светонаправляющее устройство 13 содержит множество отражающих блоков 20. Этот вариант осуществления используется, например, для обработки детали 200, которая является более длинной в основном направлении сканирования, чем первый вариант осуществления.
[0117] Как показано на фиг. 11 и 12, светонаправляющее устройство 13 снабжено множеством отражающих блоков 20. Два отражающих блока 20 размещены в светонаправляющем устройстве 13 этого варианта осуществления. Каждый из отражающих блоков 20 отражает лазерный луч, падающий из генератора 12 лазерного излучения, и направляет его на деталь 200.
[0118] Два отражающих блока 20 выровнены по прямой линии вдоль основного направления сканирования. Направление, в котором отражающие блоки 20 выровнены, также соответствует продольному направлению линии 201 сканирования. Каждый из двух отражающих блоков 20 расположен в положении, в котором расстояние до линии 201 сканирования по существу одинаково.
[0119] Далее, в отношении множества отражающих блоков 20, отражающий блок 20, расположенный на верхней по ходу стороне относительно направления распространения падающего света (на стороне, которая ближе к генератору 12 лазерного излучения), может называться первым отражающим блоком 20. Отражающий блок 20, расположенный на нижней по ходу стороне относительно направления распространения падающего света (на стороне, которая дальше от генератора 12 лазерного излучения), может называться вторым отражающим блоком 20.
[0120] Каждый из отражающих блоков 20 может оптически сканировать посредством отражения и отклонения лазерного луча. Область 181 (область сканирования), в которой деталь 200 оптически сканируется первым отражающим блоком 21, отлична от области 182 сканирования, сканируемой вторым отражающим блоком 22. Две области 181, 182 сканирования расположены в прямом расположении. Набор из двух областей 181, 182 сканирования образует линию 201 сканирования.
[0121] Каждый из отражающих блоков 20 может быть итерационно переключен между отражающим состоянием, в котором он отражает падающий свет и осуществляет сканирование, и пропускающим состоянием, в котором он не отражает падающий свет и пропускает его вниз по ходу. Когда отражающий блок 20 находится в отражающем состоянии, соответствующая область сканирования (например, область 181 сканирования в случае первого отражающего блока 21) сканируется светом. Когда отражающий блок 20 находится в пропускающем состоянии, соответствующий отражающий блок 20 не осуществляет сканирование света.
[0122] Периоды времени, в течение которых каждый из отражающих блоков 20 находится отражающем состоянии, отличаются среди множества отражающих блоков 20. В результате, множество областей сканирования сканируется, соответственно, посредством переключения отражающих блоков 20, которые входят в отражающее состояние.
[0123] В настоящем варианте осуществления, два отражающих элемента 42 обеспечены для одного отражающего блока 20. Эти два отражающих элемента 42, соответственно, расположены таким образом, что они делят 360° в равной степени на опорной пластине 41. Конкретно, два отражающих элемента 42 расположены таким образом, что один отражающий элемент 42 смещен на 180° относительно другого отражающего элемента 42 в круговом направлении опорной пластины 41.
[0124] На опорной пластине 41, два отражающих элемента 42 расположены в положениях, соответствующих взаимно противоположным сторонам правильного многоугольника (конкретно, правильного четырехугольника). Соответственно, в двух отражающих элементах 42, центральный угол, соответствующий одному из отражающих элементов 42, равен 90°. Отражающий элемент 42 не располагается в положении, соответствующем стороне, отличной от описанных выше противоположных сторон.
[0125] Когда каждый из двух отражающих элементов 42 перемещается в соответствии с вращением опорной пластины 41, состояние, в котором на отражающий элемент 42 попадает лазерный луч, который входит в отражающий блок 20 и распространяется вдоль первого оптического пути L1, и состояние, в котором на отражающий элемент 42 не попадает лазерный луч, попеременно переключаются. Как показано в первом отражающем блоке 21 на фиг. 11, состояние, в котором на любой из двух отражающих элементов 42 попадает падающий свет, является отражающим состоянием, описанным выше. Как показано в первом отражающем блоке 21 на фиг. 12, состояние, в котором ни на один из двух отражающих элементов 42 не попадает падающий свет, является пропускающим состоянием, описанным выше.
[0126] Первый оптический путь L1 ортогонален первому вращательному валу 61 и второму вращательному валу 62. Два отражающих элемента 42 расположены с разностью фаз 180° друг относительно друга. Соответственно, из двух отражающих элементов 42, размещенных на противоположных сторонах первого вращательного вала 61, только на отражающий элемент 42, расположенный на стороне, близкой к верхней по ходу стороне относительно первого оптического пути L1, должен попадать падающий свет.
[0127] Светонаправляющее устройство 13 настоящего варианта осуществления образован двумя отражающими блоками 20, сконфигурированными так, как описано выше, обеспеченными для падающего света, распространяющегося от генератора 12 лазерного излучения через соответствующие призмы 51. В двух отражающих блоках 20, ось обращения и ось вращения отражающих элементов 42 параллельны друг другу. Отражающие элементы 42 осуществляют обращение и вращение в одинаковом направлении. Угловая скорость обращения отражающего элемента 42 равна удвоенной угловой скорости вращения отражающего элемента 42.
[0128] Каждый из отражающих элементов 42 осуществляет обращение с угловой скоростью, равной угловой скорости обращения отражающего элемента 42 в другом отражающем блоке 20, в том же направлении, и с заданной угловой разницей в фазе вращения (90° в этом варианте осуществления). Это позволяет обеспечить для двух отражающих блоков 20 разные периоды времени, в течение которых на них попадает падающий свет.
[0129] Описанные выше обращение и вращение отражающих элементов 42 в множестве отражающих блоков могут быть реализованы, например, посредством управления двигателями (не показаны), обеспеченными для каждого из двух отражающих блоков 20, таким образом, чтобы они вращались синхронно. Однако, например, два отражающих блока 20 могут также приводиться в движение общим двигателем.
[0130] Фиг. 11 показывает случай, в котором из двух отражающих блоков 20, первый отражающий блок 21 входит в отражающее состояние, а второй отражающий блок 22 входит в пропускающее состояние. Фиг. 12 показывает случай, в котором, в результате обращения и вращения отражающих элементов 42 каждого отражающего блока 20 из состояния фиг. 11, первый отражающий блок 21 входит в пропускающее состояние, а второй отражающий блок 22 входит в отражающее состояние. Таким образом, отражающий блок 20, который осуществляет сканирование света, может последовательно переключаться для реализации сканирования света вдоль линии 201 сканирования, которая длиннее, чем первый вариант осуществления в целом.
[0131] Как описано выше, в устройстве 1 лазерной обработки настоящего варианта осуществления, отражающие элементы 42 отражающего блока 20 осуществляют обращение и вращение одновременно, так что светонаправляющее устройство 13 переключается между отражающим состоянием, в котором отражающая поверхность 85 отражает падающий свет при попадании на нее падающего света, и пропускающим состоянием, в котором отражающая поверхность 85 позволяет свету проходить без попадания на нее падающего света. Периоды времени нахождения в отражающем состоянии отличаются среди множества светонаправляющих устройств 13. Единая прямая линия 201 сканирования образована набором областей 181, 182 сканирования, соответствующих множеству светонаправляющих устройств 13.
[0132] Это позволяет реализовать сканирование вдоль длинной линии сканирования.
[0133] Далее со ссылкой на фиг. 13 будет описано вращающееся зеркало 250, которое является отражающим элементом специальной формы. В описании этого варианта осуществления, элементам, идентичным элементами описанного выше варианта осуществления, даны те же самые ссылочные позиции на чертеже, и их описание может быть опущено.
[0134] Вращающееся зеркало 250 включает в себя первую правильную многоугольную пирамиду 251 и вторую правильную многоугольную пирамиду 252. В этом варианте осуществления, две правильные многоугольные пирамиды 251, 252 образованы в виде правильных восьмиугольных пирамид, но не ограничены этим.
[0135] Две правильные многоугольные пирамиды 251, 252 расположены таким образом, что они обращены друг к другу, причем их оси 260 совпадают друг с другом. Две правильные многоугольные пирамиды 251, 252 соединены друг с другом промежуточной частью 255. Соответственно, каждая из двух правильных многоугольных пирамид 251, 252 образована по существу в форме многоугольной трапецеидальной пирамиды.
[0136] Передаточный вал 259 прикреплен к вращающемуся зеркалу 250. Посредством передачи движущей силы приводного блока, который не показан (конкретно, двигателя), этому передаточному валу 259, вращающееся зеркало 250 вращается. Вращающееся зеркало 250 и приводной блок образуют отражающее устройство, которое отражает свет и при этом отклоняет его. Ось вращения совпадает с осью 260 двух правильных многоугольных пирамид 251, 252.
[0137] Стороны двух правильных многоугольных пирамид 251, 252 являются светоотражающими поверхностями 257, каждая из которых образована в плоской форме. Светоотражающие поверхности 257 расположены последовательно вокруг оси 260. Каждая из светоотражающих поверхностей 257 наклонена относительно оси 260.
[0138] Первая правильная многоугольная пирамида 251 включает в себя первую поверхность 261 основания. Вторая правильная многоугольная пирамида 252 включает в себя вторую поверхность 262 основания. Первая поверхность 261 основания и вторая поверхность 262 основания являются правильными многоугольниками и перпендикулярны оси 260.
[0139] В этом варианте осуществления, первая правильная многоугольная пирамида 251 и вторая правильная многоугольная пирамида 252 идентичны по форме. Поскольку две правильные многоугольные пирамиды 251, 252 являются правильными восьмиугольными пирамидами, первая поверхность 261 основания и вторая поверхность 262 основания являются правильными восьмиугольниками. Таким образом, число сторон правильного многоугольника одинаково у первой поверхности 261 основания и второй поверхности 262 основания.
[0140] Две правильные многоугольные пирамиды 251, 252 соединены промежуточной частью 255 таким образом, что фазы правильных восьмиугольников, которые имеют две поверхности 261, 262 основания, соответствуют друг другу.
[0141] Фиг. 13 показывает виртуальную плоскость 270, вдоль которой разрезано вращающееся зеркало 250. Эта виртуальная плоскость 270 определена таким образом, что она включает в себя ось 260 и включает в себя середины 271, 272 одной из сторон правильного восьмиугольника поверхностей 261, 262 основания.
[0142] Если угол при основании в случае, когда первая правильная многоугольная пирамида 251 разрезана вдоль виртуальной плоскости 270, определен как α, и угол при основании, когда вторая правильная многоугольная пирамида 252 разрезана вдоль виртуальной плоскости 270, определен как β, то соотношение α + β=90° устанавливается в вращающемся зеркале 250 настоящего варианта осуществления. В настоящем варианте осуществления, α=β=45°, но это не является ограничением. Например, в этом соотношении может быть α=30° и β=60° и т.п.
[0143] Когда расстояние между первой поверхностью 261 основания и второй поверхностью 262 основания определено как D2, расстояние между серединой 271 одной стороны правильного многоугольника первой поверхности 261 основания и осью 260 определено как D3, и расстояние между серединой 272 одной стороны правильного многоугольника второй поверхности 262 основания и осью 260 определено как D4, соотношение D2=D3*tgα + D4*tgβ устанавливается в настоящем варианте осуществления.
[0144] В случае вышеупомянутой конфигурации, если рассмотреть контур вращающегося зеркала 250, который разрезан вдоль виртуальной плоскости 270, то прямая линия 281, соответствующая светоотражающей поверхности 257 первой правильной многоугольной пирамиды 251, и прямая линия, соответствующая светоотражающей поверхности 257 второй правильной многоугольной пирамиды 252, перпендикулярны друг другу.
[0145] Дополнительно, поскольку соотношение приведенного выше уравнения устанавливается между расстояниями D2, D3, и D4, если две прямые линии 281 и 282 продолжить, как показано штрихпунктирными линиями на фиг. 13, то их точка пересечения будет расположена на оси 260. Это очевидно, если рассмотреть два прямоугольных треугольника и соотношение между tgα и tgβ.
[0146] Между тем, в отражающем элементе 42 фиг. 6 в вышеупомянутом варианте осуществления, ось вращения расположена таким образом, что она включена в виртуальную плоскость 88, которая является условной отражающей поверхностью для света. Конфигурация вращающегося зеркала 250 фиг. 13 является продолжением вышеупомянутой идеи зеркала на основе правильной многоугольной пирамиды.
[0147] Во вращающемся зеркале 250 фиг. 13, рассмотрим случай, когда свет излучается из облучающего устройства на светоотражающую поверхность 257 таким образом, что он пересекает ось 260. Падающий свет (например, лазерный луч) отражается светоотражающей поверхностью 257 первой правильной многоугольной пирамиды 251 и затем отражается светоотражающей поверхностью 257 второй правильной многоугольной пирамиды 252, и затем излучается.
[0148] Каждая из светоотражающих поверхностей 257, расположенных на стороне вращающегося зеркала 250, может быть связана с соответствующей стороной правильного многоугольника на поверхностях 261, 262 основания. Ниже, сторона правильного многоугольника, описанная выше, которая соответствует светоотражающей поверхности 257, на которую попадает свет, может называться соответствующей стороной.
[0149] Здесь, виртуально рассмотрим плоскость 290 нулевой толщины, которая расположена таким образом, что она включает в себя ось 260 и вращается с вращающимся зеркалом 250. Эта плоскость 290 параллельна соответствующей стороне, описанной выше. Отклонение падающего света посредством двух отражений вращающимся зеркалом 250, включающим в себя пару правильных многоугольных пирамидальных частей, эквивалентно отклонению падающего света плоскостью 290.
[0150] Соответственно, положение отражения света относительно падающего света постоянно относительно вращающегося зеркала 250. В результате, можно предотвратить флуктуацию положения отражения света.
[0151] В настоящем варианте осуществления, вращающееся зеркало 250 просто вращается передаточным валом 259, и ось 260, которая является центром вращения, не перемещается. В настоящем варианте осуществления, большое вращательное устройство, которое объединяет обращение и вращение, не требуется, так что может быть легко реализовано упрощение и уменьшение размера конфигурации.
[0152] Это вращающееся зеркало 250 может быть использовано, например, вместе с описанным выше двигателем 44, корпусом 17, линзой 53 сканирования, генератором 12 лазерного излучения и т.п. для конфигурирования светонаправляющего устройства 13 и устройства 1 лазерной обработки, показанного на фиг. 1. Как описано выше, в этом устройстве лазерной обработки, положение отражения света вращающимся зеркалом 250 по существу постоянно. Таким образом, посредством использования линзы fƟ в качестве линзы 53 сканирования, реализуется сканирование в облучаемой точке 202 с постоянной скоростью фокальной точки. В отличие от зеркального гальванометра, отклонение обеспечивается посредством вращения вращающегося зеркала 250 вместо возвратно-поступательного движения. Соответственно, легче осуществить сканирование с постоянной скоростью.
[0153] Как описано выше, устройство лазерной обработки настоящего варианта осуществления снабжено вращающимся зеркалом 250, двигателем, и облучающим устройством. Двигатель вращает вращающееся зеркало 250. Облучающее устройство излучает свет на вращающееся зеркало 250. Вращающееся зеркало 250 содержит первую правильную многоугольную пирамиду 251 и вторую правильную многоугольную пирамиду 252. Вторая правильная многоугольная пирамида 252 расположена таким образом, что она обращена к первой правильной многоугольной пирамиде 251, причем ее ось 260 совпадает с осью первой правильной многоугольной пирамиды 251. Боковые поверхности первой правильной многоугольной пирамиды 251 и второй правильной многоугольной пирамиды 252 являются светоотражающими поверхностями 257, которая из которых образована в плоской форме. Число сторон правильных многоугольников одинаково на первой поверхности 261 основания, которую имеет первая правильная многоугольная пирамида 251, и на второй поверхности 262 основания, которую имеет вторая правильная многоугольная пирамида 252. Первая поверхность 261 основания и вторая поверхность 262 основания расположены перпендикулярно оси 260. Первая правильная многоугольная пирамида 251 и вторая правильная многоугольная пирамида 252 вращаются как единое целое друг с другом вокруг оси 260 в качестве оси вращения двигателем, в то время как фаза правильного многоугольника первой поверхности 261 основания и фаза правильного многоугольника второй поверхности 262 основания соответствуют друг другу. Угол при основании первой правильной многоугольной пирамиды 251 определен как α°, если разрезать первую правильную многоугольную пирамиду 251 вдоль виртуальной плоскости 270, которая включает в себя ось 260 и середину 271 одной из сторон правильного многоугольника первой поверхности 261 основания. Угол при основании второй правильной многоугольной пирамиды 252 равен β=(90-α)°, если разрезать вторую правильную многоугольную пирамиду 252 вдоль виртуальной плоскости 270, которая включает в себя ось 260 и середину 272 одной из сторон правильного многоугольника второй поверхности 262 основания. Расстояние D2 между первой поверхностью 261 основания и второй поверхностью 262 основания равно сумме расстояния D3 между серединой 271 одной стороны правильного многоугольника первой поверхности 261 основания и осью 260, умноженного на tgα, и расстояния D4 между серединой одной стороны правильного многоугольника второй поверхности 262 основания и осью 260, умноженного на tg(90-α). Облучающее устройство излучает свет в направлении, пересекающем ось 260 вращающегося зеркала 250.
[0154] В результате, положение отражения света относительно падающего света постоянно относительно вращающегося зеркала 250, и предотвращается флуктуация положения отражения света при вращении. Соответственно, может быть уменьшено искажение сканирования.
[0155] В светонаправляющем устройстве этого варианта осуществления, угол α при основании равен 45°.
[0156] Это позволяет вращающемуся зеркалу 250 иметь простую форму. Также, может быть реализовано сжатое расположение оптического пути.
[0157] Хотя выше был описан предпочтительный вариант осуществления и модификации настоящего изобретения, конфигурации, описанные выше, могут быть модифицированы, например, следующим образом.
[0158] Число отражающих элементов 42, обеспеченных на опорной пластине 41 в отражающем блоке 20, не ограничено тремя, как в первом варианте осуществления, а может быть, например, равным четырем или пяти.
[0159] Число отражающих блоков 20 может быть определено согласно форме облучаемого объекта и т.п., и может быть, например, равным трем, четвертым, или пяти вместо двух, как во втором варианте осуществления.
[0160] Первый отражатель 81 и второй отражатель 82 в отражающем элементе 42 могут быть реализованы призмой.
[0161] Устройство оптического сканирования, в котором применяется устройство 1 лазерной обработки, не ограничено устройством 1 лазерной обработки, а может быть, например, устройством формирования изображений.
[0162] В третьем варианте осуществления, вместо правильной 8-угольной пирамиды, в качестве первой правильной многоугольной пирамиды 251 и второй правильной многоугольной пирамиды 252 может быть использована, например, правильная 6-угольная пирамида, правильная 9-угольная пирамида и т.п. Размеры первой поверхности 261 основания и второй поверхности 262 основания могут быть отличными друг от друга.
[0163] Во вращающемся зеркале 250 третьего варианта осуществления, любая форма может быть выбрана для части, которая не отражает свет. Хотя первая правильная многоугольная пирамида 251 и вторая правильная многоугольная пирамида 252, показанные на фиг. 13, фактически имеют формы правильных многоугольных трапецеидальных пирамид, они включены в правильную многоугольную пирамиду, поскольку части, которые отражают свет, имеют формы правильных многоугольных пирамид. Предполагается, что наименования «поверхность основания» и «угол при основании» не ограничивают ориентацию правильной многоугольной пирамиды. Вращающееся зеркало 250 может быть использовано с ее осью 260 в любой ориентации.
[0164] Ввиду вышеупомянутых идей изобретения ясно, что настоящее изобретение может принимать многие модифицированные и измененные формы. Соответственно, следует понимать, что настоящее изобретение может быть применено на практике способами, отличными от способов, описанных здесь, в пределах объема прилагаемой формулы изобретения.
ОПИСАНИЕ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ
[0165]
1 - устройство лазерной обработки (устройство оптического сканирования)
13 - светонаправляющее устройство
20 - отражающий блок (светоотражающее устройство)
31 - область сканирования
42 - отражающий элемент
53 - линза сканирования
61 - первый вращательный вал (ось вращения опорной пластины)
62 - второй вращательный вал (ось вращения отражающего элемента)
81 - первый отражатель (отражатель)
82 - второй отражатель (отражатель)
85 - первая отражающая поверхность
86 - вторая отражающая поверхность
200 - деталь (объект, подлежащий облучению)
201 - линия сканирования
202 - облучаемая точка
250 - вращающееся зеркало (отражающий элемент)
251 - первая правильная многоугольная пирамида
252 - вторая правильная многоугольная пирамида
257 - светоотражающая поверхность
260 - ось (ось вращения)
261 - первая поверхность основания
262 - вторая поверхность основания
α, β - угол при основании