ES2705354T3 - Optical apparatus, processing apparatus and article manufacturing process - Google Patents
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Abstract
Aparato óptico que comprende: un primer elemento (13) reflectante giratorio que incluye una primera superficie reflectante plana y una segunda superficie reflectante plana; un primer sistema óptico configurado para reflejar secuencialmente a lo largo de una primera trayectoria óptica, mediante una pluralidad de superficies (14-1, 14-2, 14-3, 14-4) reflectantes planas incluidas en el mismo, la luz reflejada por la primera superficie reflectante del primer elemento (13) reflectante un número par de veces y para hacer que la luz incida sobre la segunda superficie reflectante del primer elemento (13) reflectante; un primer dispositivo (63) de ajuste configurado para cambiar un ángulo de rotación del primer elemento (13) reflectante para trasladar una trayectoria óptica de luz que es reflejada por la segunda superficie reflectante del primer elemento (13) reflectante y que abandona la misma; un segundo elemento (15) reflectante giratorio que incluye una primera superficie reflectante plana sobre la que incide la luz, que es reflejada por la segunda superficie reflectante del primer elemento (13) reflectante y que abandona la misma, y una segunda superficie reflectante plana; un segundo sistema óptico configurado para reflejar secuencialmente a lo largo de una segunda trayectoria óptica, mediante una pluralidad de superficies (16-1, 16-2, 16-3, 16-4) reflectantes planas incluidas en el mismo, la luz reflejada por la primera superficie reflectante del segundo elemento (15) reflectante un número par de veces y para hacer que la luz incida sobre la segunda superficie reflectante plana del segundo elemento (15) reflectante; y un segundo dispositivo (64) de ajuste configurado para cambiar un ángulo de rotación del segundo elemento (15) reflectante para trasladar una trayectoria óptica de luz que es reflejada por la segunda superficie reflectante del segundo elemento (15) reflectante y que abandona la misma, en el que un eje de rotación del primer elemento (13) reflectante y un eje de rotación del segundo elemento (15) reflectante no son paralelos entre sí, caracterizado por que el aparato está configurado de modo que un plano formado y rodeado por la primera trayectoria óptica del primer sistema óptico y un plano formado y rodeado por la segunda trayectoria óptica del segundo sistema óptico se intersecan entre sí.Optical apparatus comprising: a first rotating reflective element (13) including a first planar reflective surface and a second planar reflective surface; a first optical system configured to reflect sequentially along a first optical path, by a plurality of flat reflecting surfaces (14-1, 14-2, 14-3, 14-4) included therein, the light reflected by the first reflective surface of the first reflective element (13) a number of times and to cause the light to impinge on the second reflecting surface of the first reflective element (13); a first adjustment device (63) configured to change a rotation angle of the first reflective element (13) to translate an optical path of light that is reflected by the second reflective surface of the first reflective element (13) and leaves it; a second rotating reflective element (15) including a first planar reflecting surface on which the light impinges, which is reflected by the second reflecting surface of the first reflecting element (13) and leaving it, and a second planar reflecting surface; a second optical system configured to reflect sequentially along a second optical path, by means of a plurality of flat reflecting surfaces (16-1, 16-2, 16-3, 16-4) included therein, the light reflected by the first reflective surface of the second reflective element (15) a number of times and to cause the light to strike the second flat reflecting surface of the second reflective element (15); and a second adjustment device (64) configured to change an angle of rotation of the second reflective element (15) to translate an optical path of light that is reflected by the second reflecting surface of the second reflective element (15) and that leaves the same , wherein an axis of rotation of the first reflective element (13) and a rotation axis of the second reflective element (15) are not parallel to each other, characterized in that the apparatus is configured such that a plane formed and surrounded by the The first optical path of the first optical system and a plane formed and surrounded by the second optical path of the second optical system intersect each other.
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Aparato óptico, aparato de procesamiento y procedimiento de fabricación de artículoOptical apparatus, processing apparatus and article manufacturing process
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN SECTOR DE LA INVENCIÓNBACKGROUND OF THE INVENTION SECTOR OF THE INVENTION
La presente invención se refiere a un aparato óptico, a un aparato de procesamiento y a un procedimiento de fabricación de artículo.The present invention relates to an optical apparatus, a processing apparatus and an article manufacturing process.
DESCRIPCIÓN DE LA TÉCNICA RELACIONADADESCRIPTION OF THE RELATED TECHNIQUE
Por ejemplo, la patente japonesa número 4386137 y la patente japonesa abierta a inspección número 2011-121119 dan a conocer mecanismos de desplazamiento en paralelo de haces de luz en un aparato convencional de procesamiento por láser. En la patente japonesa número 4386137, un haz de luz se desplaza en paralelo girando un elemento transparente. En la patente japonesa abierta a inspección número 2011-121119, un haz de luz se desplaza en paralelo usando dos espejos de cambio de ángulo sincronizados. Asimismo en la patente US 2006/151449 A1 se emplean dichos mecanismos. Las patentes US 4299438 A y US 4215 912 A se refieren a sistemas de escaneado que hacen girar un haz óptico y a la amplificación del ángulo de desviación. La patente US 4647 144 A da a conocer un escáner óptico para líneas de formación de imágenes en un plano del objeto sobre una disposición lineal en un plano focal. El documento DE 2825550 A1 se refiere a un escáner óptico que incluye una rueda de escaneado y un espejo doblete reflector de techo. La patente FR 2 662 515 A1 da a conocer un dispositivo para trasladar un haz óptico que tiene un elemento reflectante giratorio y múltiples caras fijas reflectantes.For example, Japanese Patent No. 4386137 and Japanese Patent Laid-Open No. 2011-121119 disclose parallel movement mechanisms of light beams in a conventional laser processing apparatus. In Japanese Patent No. 4386137, a light beam is moved in parallel by rotating a transparent element. In Japanese Patent Laid-open No. 2011-121119, a light beam is moved in parallel using two synchronized angle-change mirrors. Also in the patent US 2006/151449 A1 such mechanisms are used. Patents US 4299438 A and US 4215 912 A relate to scanning systems that rotate an optical beam and amplification of the deflection angle. Patent US 4647 144 A discloses an optical scanner for lines of image formation in a plane of the object on a linear arrangement in a focal plane. DE 2825550 A1 relates to an optical scanner including a scanning wheel and a double reflecting ceiling mirror. Patent FR 2 662 515 A1 discloses a device for transferring an optical beam having a rotating reflective element and multiple fixed reflective faces.
Sin embargo, en el mecanismo de desplazamiento en paralelo de haces de luz de la patente japonesa número 4386137, dado que la magnitud de desplazamiento en paralelo del haz de luz se determina mediante el ángulo de rotación y la longitud del elemento transparente, la inercia de rotación aumenta y, por tanto, es difícil realizar el desplazamiento del haz de luz deseado a elevada velocidad. Por ejemplo, supongamos un caso en el que la magnitud de desplazamiento en paralelo del haz de luz de 5,3 mm se consigue mediante un ángulo de rotación de ±10o de un elemento transparente (cristal de cuarzo n = 1,45) mediante el procedimiento de la patente japonesa número 4386137. En este caso, el tamaño del elemento transparente está diseñado razonablemente a unos 95 mm x 16 mm x 13 mm. Como resultado, la inercia es tan elevada como 33.000 g-mm2, y es difícil realizar un desplazamiento en paralelo a elevada velocidad.However, in the parallel movement mechanism of light beams of Japanese Patent No. 4386137, since the amount of parallel movement of the light beam is determined by the angle of rotation and the length of the transparent element, the inertia of rotation increases and, therefore, it is difficult to perform the displacement of the desired light beam at high speed. For example, suppose a case in which the amount of parallel movement of the light beam of 5.3 mm is achieved by a rotation angle of ± 10o of a transparent element (quartz crystal n = 1.45) by the Japanese patent procedure number 4386137. In this case, the size of the transparent element is reasonably designed at about 95 mm x 16 mm x 13 mm. As a result, the inertia is as high as 33,000 g-mm2, and it is difficult to perform a parallel displacement at high speed.
La técnica de la patente japonesa abierta a inspección número 2011-121119 soluciona el problema de la elevada inercia del elemento giratorio. No obstante, dado que es difícil sincronizar de forma precisa los dos mecanismos de rotación de espejo en una operación a alta velocidad, el ángulo del haz de luz de salida no es constante, y es difícil desplazar en paralelo el haz de luz.The technique of Japanese patent open to inspection number 2011-121119 solves the problem of the high inertia of the rotating element. However, since it is difficult to accurately synchronize the two mirror rotation mechanisms in a high speed operation, the angle of the output light beam is not constant, and it is difficult to move the light beam in parallel.
CARACTERÍSTICAS DE LA INVENCIÓNCHARACTERISTICS OF THE INVENTION
La presente invención da a conocer, por ejemplo, un aparato ventajoso en velocidad de ajuste de una trayectoria óptica en el mismo.The present invention discloses, for example, an advantageous apparatus in speed of adjustment of an optical path therein.
La presente invención en su primer aspecto da a conocer un aparato óptico según se especifica en las reivindicaciones 1 y 2.The present invention in its first aspect discloses an optical apparatus as specified in claims 1 and 2.
La presente invención en su segundo aspecto da a conocer un aparato de procesamiento según se especifica en las reivindicaciones 3 y 4.The present invention in its second aspect discloses a processing apparatus as specified in claims 3 and 4.
La presente invención en su tercer aspecto da a conocer un procedimiento de fabricación de un artículo según se especifica en la reivindicación 5.The present invention in its third aspect discloses a method of manufacturing an article as specified in claim 5.
Otras características de la presente invención serán evidentes a partir de la siguiente descripción de realizaciones a modo de ejemplo y ejemplos de referencia (con referencia a los dibujos adjuntos). Los ejemplos de referencia están fuera del alcance de la invención según se reivindica en el presente documento.Other features of the present invention will be apparent from the following description of exemplary embodiments and reference examples (with reference to the accompanying drawings). Reference examples are outside the scope of the invention as claimed herein.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
La figura 1 es una vista que muestra la disposición de un aparato óptico según un primer ejemplo de referencia; la figura 2 es un gráfico que muestra la relación entre una magnitud de desplazamiento del haz de luz y el ángulo de rotación de un elemento de espejo en el primer ejemplo de referencia;Figure 1 is a view showing the arrangement of an optical apparatus according to a first reference example; Figure 2 is a graph showing the relationship between a magnitude of displacement of the light beam and the angle of rotation of a mirror element in the first reference example;
la figura 3 es un gráfico que muestra la influencia del grosor del elemento de espejo en la magnitud de desplazamiento del haz de luz en el primer ejemplo de referencia;Figure 3 is a graph showing the influence of the thickness of the mirror element in the magnitude of displacement of the light beam in the first reference example;
la figura 4 es una vista que muestra la disposición de un aparato óptico según un segundo e Figure 4 is a view showing the arrangement of an optical apparatus according to a second and
la figura 5 es una vista que muestra la disposición de un aparato óptico según un tercer eje Figure 5 is a view showing the arrangement of an optical apparatus according to a third axis
la figura 6 es una vista que muestra la disposición de un aparato óptico según una primera r Figure 6 is a view showing the arrangement of an optical apparatus according to a first r
la figura 7 es una vista que muestra la disposición de un aparato de procesamiento según una segunda realización; y Figure 7 is a view showing the arrangement of a processing apparatus according to a second embodiment; Y
la figura 8 es una vista para explicar un ejemplo del mecanismo de cambio del ángulo del elemento de espejo según una realización.Figure 8 is a view for explaining an example of the mechanism for changing the angle of the mirror element according to an embodiment.
DESCRIPCIÓN DE LAS REALIZACIONESDESCRIPTION OF THE REALIZATIONS
Diversas realizaciones, características y aspectos a modo de ejemplo de la invención, así como ejemplos de referencia se describirán en detalle a continuación con referencia a los dibujos.Various embodiments, features and exemplary aspects of the invention, as well as reference examples will be described in detail below with reference to the drawings.
En adelante, se describirán en detalle realizaciones de la presente invención y ejemplos de referencia con referencia a los dibujos adjuntos. Se debe observar que las siguientes realizaciones y ejemplos de referencia no pretendenHereinafter, embodiments of the present invention and reference examples will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be noted that the following embodiments and reference examples do not pretend
limitar el alcance de las reivindicaciones adjuntas, y que no todas las combinaciones de las características descritas en las realizaciones son necesariamente esenciales para los medios de resolución de la presente invención.limit the scope of the appended claims, and that not all combinations of features described in the embodiments are necessarily essential to the resolution means of the present invention.
<Primer ejemplo de referencia><First reference example>
La figura 1 muestra la disposición de un aparato óptico según un primer ejemplo de referencia. El aparato óptico según este ejemplo de referencia puede controlar la trayectoria óptica de la luz de salida, por ejemplo, desplazar en paralelo un haz de luz. Un mecanismo de desplazamiento en paralelo del haz de luz (más en general, un mecanismo que realiza el ajuste de la trayectoria óptica, habitualmente, la traslación o movimiento traslacional de la trayectoria óptica) según este ejemplo de referencia incluye un elemento -2- de espejo (denominado asimismo un elemento reflectante) que refleja un haz de luz -51- de una fuente de luz -50-. Se debe observar que en la siguiente descripción, se mostrará como ejemplo un caso en el que cada superficie reflectante se puede considerar como un plano, y se realiza la traslación o movimiento traslacional de la trayectoria óptica. El elemento -2- de espejo está fabricado de vidrio, por ejemplo, e incluye una primera superficie -2a- reflectante que recibe el haz de luz -51- de la fuente de luz -50-, y una segunda superficie -2b- reflectante en el lado opuesto. Se puede aplicar un recubrimiento de espejo con elevada reflexión a cada una de la primera superficie -2a- reflectante y la segunda superficie -2b- reflectante. Se debe observar que el elemento -2- de espejo puede conformarse en forma de prisma, y la primera superficie -2a- reflectante y la segunda superficie -2b- reflectante pueden ser componentes independientes. En este caso, una configuración en la que la primera superficie reflectante y la segunda superficie reflectante están enfrentadas entre sí, son superficies separadas en el prisma y son superficies independientes, es ventajosa para reducir la influencia del calor de la luz incidente en comparación con el caso en el que estas son la misma superficie (plana).Figure 1 shows the arrangement of an optical apparatus according to a first reference example. The optical apparatus according to this reference example can control the optical path of the output light, for example, moving a beam of light in parallel. A mechanism of parallel movement of the light beam (more generally, a mechanism that performs the adjustment of the optical path, usually the translation or translational movement of the optical path) according to this reference example includes an element -2- of mirror (also called a reflective element) that reflects a light beam -51- of a light source -50-. It should be noted that in the following description, a case in which each reflective surface can be considered as a plane will be shown as an example, and the translation or translational movement of the optical path is performed. The mirror element -2- is made of glass, for example, and includes a first surface -2a- reflective that receives the light beam -51- of the light source -50-, and a second surface -2b- reflecting on the opposite side. A mirror coating with high reflection can be applied to each of the first reflective surface -2a and the second reflecting surface -2b-. It should be noted that the mirror element -2- can be shaped into a prism, and the first reflecting surface -2a and the second reflecting surface -2b- can be independent components. In this case, a configuration in which the first reflective surface and the second reflective surface are facing each other, are separate surfaces in the prism and are independent surfaces, it is advantageous to reduce the influence of the heat of the incident light in comparison with the case in which these are the same (flat) surface.
El elemento -2- de espejo está conformado para poder cambiar el ángulo con respecto al haz de luz -51- para controlar la trayectoria óptica de luz que sale del aparato óptico. La figura 8 muestra un ejemplo del mecanismo de cambio del ángulo del elemento -2- de espejo. Tal como se muestra en la figura 8, el elemento -2- de espejo está soportado axialmente por un eje -1a- de salida de un motor galvanométrico -1-. Un controlador -60- (dispositivo de ajuste) emite una señal de accionamiento al motor galvanométrico -1-. Una unidad de accionamiento de rotación (no mostrada) del motor galvanométrico -1- gira el elemento -2- de espejo a través del eje -1a- de salida la magnitud de accionamiento según la señal de accionamiento de entrada. El elemento -2- de espejo puede, de este modo, girarse.The mirror element -2- is shaped to be able to change the angle with respect to the light beam -51- to control the optical path of light coming out of the optical apparatus. Figure 8 shows an example of the mechanism for changing the angle of the mirror element -2-. As shown in FIG. 8, the mirror element -2- is axially supported by an output shaft -1a- of a galvanometric motor -1-. A controller -60- (adjustment device) emits a drive signal to the galvanometric motor -1-. A rotary drive unit (not shown) of the galvanometric motor -1- rotates the mirror element -2- through the output shaft -1a- the actuating variable according to the input drive signal. The mirror element -2- can thus be rotated.
En este caso, el elemento -2- de espejo está inclinado aproximadamente 45o con respecto al haz de luz -51- de la fuente de luz -50-.In this case, the mirror element -2- is inclined approximately 45o with respect to the light beam -51- of the light source -50-.
El mecanismo de desplazamiento en paralelo del haz de luz según este ejemplo de referencia incluye un sistema óptico -80- que refleja la luz, que incide sobre el elemento -2- de espejo y es reflejada mediante el elemento -2- de espejo, secuencialmente un número par de veces mediante las superficies reflectantes y, posteriormente, hace que la luz incida en el elemento -2- de espejo de nuevo. El sistema óptico -80- incluye, por ejemplo, cuatro espejos -3-,The mechanism of parallel movement of the light beam according to this reference example includes an optical system -80- that reflects the light, which impinges on the mirror element -2- and is reflected by the mirror element -2-, sequentially an even number of times by the reflective surfaces and, subsequently, causes the light to strike the mirror element -2- again. The optical system -80- includes, for example, four mirrors -3-,
-4-, -5- y -6- que están dispuestos estacionariamente para ser simétricos con respecto al haz de luz -51-. La luz reflejada por la primera superficie -2a- reflectante del elemento -2- de espejo es reflejada secuencialmente por los espejos -3-, -4-, -5- y -6- y guiada a la segunda superficie -2b- reflectante del elemento -2- de espejo. La luz finalmente reflejada por la segunda superficie -2b- reflectante sale casi en la misma dirección que el haz de luz -51-.-4-, -5- and -6- which are arranged stationary to be symmetrical with respect to the light beam -51-. The light reflected by the first reflecting surface -2a of the mirror element -2- is reflected sequentially by the mirrors -3-, -4-, -5- and -6- and guided to the second reflecting surface -2b- of the mirror. -2- mirror element. The light finally reflected by the second reflective surface -2b- comes out almost in the same direction as the light beam -51-.
El ángulo de la luz de salida no cambia incluso cuando cambia el ángulo de rotación del elemento -2- de espejo. Por esta razón, la trayectoria óptica de la luz que es reflejada por las superficies reflectantes del elemento -2- de espejo y sale puede ajustarse ajustando el ángulo de rotación del elemento -2- de espejo mediante el controlador -60-.The angle of the exit light does not change even when the angle of rotation of the mirror element -2- changes. For this reason, the optical path of the light which is reflected by the reflecting surfaces of the mirror and exit element 2 can be adjusted by adjusting the rotation angle of the mirror element 2 through the controller 60.
A continuación se describirá la relación entre la magnitud de desplazamiento en paralelo del haz de luz y un cambio en Next, the relationship between the amount of parallel movement of the light beam and a change in
el ángulo de rotación del elemento -2- de espejo. Se considera un caso en el que se supone que el grosor del elemento -2- de espejo es 0. La figura 2 muestra la relación entre la magnitud de desplazamiento del haz de luz y el cambio en el ángulo del elemento -2- de espejo en un caso en el que una distancia L periférica de un rectángulo formado por los cuatro espejos -3-, -4-, -5- y -6- es de 300 mm y un caso en el que la distancia Lperiférica es de 400 mm.the angle of rotation of the mirror element -2-. It is considered a case in which it is assumed that the thickness of the mirror element -2- is 0. Figure 2 shows the relationship between the amount of displacement of the light beam and the change in the angle of the mirror element -2- in a case in which a peripheral distance L of a rectangle formed by the four mirrors -3-, -4-, -5- and -6- is 300 mm and a case in which the peripheral distance is 400 mm .
Una magnitud AS de desplazamiento en paralelo del haz de luz está determinada porAn AS variable of parallel displacement of the light beam is determined by
AS = L x tan(2 x A0g) ... (1)AS = L x tan (2 x A0g) ... (1)
donde A0g es la magnitud de cambio de ángulo del elemento -2- de espejo.where A0g is the magnitude of the angle change of the mirror element -2-.
La ecuación (1) representa que cuanto más larga sea L, menor será el cambio en el ángulo del elemento -2- de espejo que puede implementar una magnitud elevada de desplazamiento en paralelo del haz de luz. Aumentando L se puede realizar un desplazamiento variable del haz de luz a alta velocidad.Equation (1) represents that the longer L is, the smaller will be the change in the angle of the mirror element -2- which can implement a high amount of parallel movement of the light beam. By increasing L, a variable displacement of the light beam can be carried out at high speed.
A continuación, se supone un caso en el que se tiene en cuenta la longitud real del elemento -2- de espejo. La figura 3 muestra la diferencia de la magnitud de desplazamiento en paralelo del haz de luz entre un caso en el que se supone que el grosor del elemento -2- de espejo es 0 y un caso en el que se tiene en cuenta el grosor real.Next, a case is assumed in which the real length of the mirror element -2- is taken into account. Figure 3 shows the difference of the amount of parallel displacement of the light beam between a case in which it is assumed that the thickness of the mirror element -2- is 0 and a case in which the actual thickness is taken into account .
De acuerdo con la figura 3, si el grosor del elemento -2- de espejo es pequeño con respecto a L, la diferencia con respecto a la magnitud de desplazamiento en el caso en el que el grosor del elemento -2- de espejo es 0 es pequeña, y la magnitud de desplazamiento del haz de luz se corresponde aproximadamente con la ecuación (1). Una anchura W necesaria de la superficie reflectante del elemento -2- de espejo está determinada porAccording to Figure 3, if the thickness of the mirror element -2- is small with respect to L, the difference with respect to the amount of displacement in the case where the thickness of the mirror element -2- is 0 is small, and the magnitude of displacement of the light beam approximately corresponds to equation (1). A necessary width W of the reflective surface of the mirror element -2- is determined by
W = (D Smax)/sen(45 0g) ... (2)W = (D Smax) / sin (45 0g) ... (2)
donde D es la anchura del haz de luz incidente en el mecanismo de desplazamiento y Smax es la magnitud de desplazamiento máxima.where D is the width of the incident light beam in the displacement mechanism and Smax is the maximum displacement magnitude.
De acuerdo con la disposición de este ejemplo de referencia, como resultado del diseño para implementar un desplazamiento en paralelo del haz de luz de 5,3 mm, se puede implementar el desplazamiento mediante control en el intervalo de ±0,5o en un caso en el que el grosor del elemento -2- de espejo se establece en 2 mm (inercia = 89 g-mm2) y L = 300 mm. Por tanto, la velocidad se puede aumentar significativamente en comparación con las técnicas convencionales.According to the arrangement of this reference example, as a result of the design for implementing a parallel shift of the 5.3 mm light beam, displacement by control in the range of ± 0.5 ° can be implemented in one case in the thickness of the mirror element -2- is set to 2 mm (inertia = 89 g-mm2) and L = 300 mm. Therefore, the speed can be significantly increased compared to conventional techniques.
Tal como se ha descrito anteriormente, un mecanismo de desplazamiento en paralelo de haz de luz a alta velocidad puede implementarse mediante la disposición utilizando el elemento -2- de espejo de cambio de ángulo que recibe luz de la fuente de luz -50- y los cuatro espejos -3-, -4-, -5- y -6-.As described above, a high-speed light beam parallel movement mechanism can be implemented by the arrangement using the angle change mirror element -2- receiving light from the light source -50- and the four mirrors -3-, -4-, -5- and -6-.
<Segundo ejemplo de referencia><Second reference example>
La figura 4 es una vista que muestra la disposición de un aparato óptico según un segundo ejemplo de referencia. Tal como se muestra en la figura 4, un elemento -7- de espejo que refleja un haz de luz -51- de una fuente de luz -50- puede tener la misma disposición que el elemento -2- de espejo según el primer ejemplo de referencia. Es decir, el elemento -7- de espejo está fabricado de vidrio, por ejemplo, e incluye una primera superficie -7a- reflectante que recibe el haz de luz -51- de la fuente de luz -50-, y una segunda superficie -7b- reflectante en el lado opuesto. Se puede aplicar un recubrimiento de espejo con elevada reflexión a cada una de la primera superficie -7a- reflectante y la segunda superficie -7b- reflectante. Se debe observar que el elemento -7- de espejo puede conformarse en forma de prisma, y la primera superficie -7a- reflectante y la segunda superficie -7b- reflectante pueden ser componentes independientes. El elemento -7- de espejo está conformado para poder cambiar el ángulo, como el elemento -2- de espejo según el primer ejemplo de referencia. En este caso, el elemento -7- de espejo está inclinado aproximadamente 45o con respecto al haz de luz -51- desde la fuente de luz -50-.Figure 4 is a view showing the arrangement of an optical apparatus according to a second reference example. As shown in Figure 4, a mirror element -7- reflecting a light beam -51- of a light source -50- can have the same arrangement as the mirror element -2- according to the first example reference. That is, the mirror element -7- is made of glass, for example, and includes a first reflecting surface -7a- that receives the light beam -51- of the light source -50-, and a second surface- 7b- reflective on the opposite side. A mirror coating with high reflection can be applied to each of the first reflecting surface 7a and the second reflecting surface 7b. It should be noted that the mirror element 7 can be shaped into a prism, and the first reflective surface 7a and the second reflective surface 7b can be independent components. The mirror element 7 is shaped to be able to change the angle, like the mirror element 2 according to the first reference example. In this case, the mirror element -7- is inclined approximately 45o with respect to the light beam -51- from the light source -50-.
Un sistema óptico -90- incluye dos espejos -8- y -9- que están dispuestos estacionariamente de modo que la trayectoria óptica forma un triángulo, tal como se muestra en la figura 4. La luz reflejada por la primera superficie -7a- reflectante del elemento -7- de espejo es reflejada secuencialmente por los espejos -8- y -9- y guiada a la segunda superficie -7b- reflectante del elemento -7- de espejo. La luz finalmente reflejada por la segunda superficie -7b- reflectante sale por un lado, por ejemplo, en una dirección perpendicular al haz de luz -51-. En esta disposición, el desplazamiento en paralelo del haz de luz según la ecuación (1) puede implementarse girando A0g el elemento -7- de espejo mediante un motor galvanométrico.An optical system -90- includes two mirrors -8- and -9- that are stationary so that the optical path forms a triangle, as shown in Fig. 4. The light reflected by the first reflecting surface -7a- of the mirror element -7- is reflected sequentially by the mirrors -8- and -9- and guided to the second reflecting surface -7b- of the mirror element -7-. The light finally reflected by the second reflective surface 7b emerges on one side, for example, in a direction perpendicular to the light beam 51. In this arrangement, the parallel movement of the light beam according to equation (1) can be implemented by rotating A0g the mirror element -7- by means of a galvanometric motor.
Tal como se ha descrito anteriormente, según este ejemplo de referencia, se puede implementar un mecanismo de desplazamiento en paralelo del haz de luz a alta velocidad mediante la disposición utilizando el elemento -7- de espejo de cambio de ángulo que recibe luz desde la fuente de luz -50-, y los dos espejos -8- y -9-. As described above, according to this reference example, a mechanism of parallel movement of the light beam at high speed can be implemented by the arrangement using the angle change mirror element -7- that receives light from the source of light -50-, and the two mirrors -8- and -9-.
<Tercer ejemplo de referencia><Third reference example>
La figura 5 muestra la disposición de un aparato óptico según un tercer ejemplo de referencia. Un elemento -10- de espejo que refleja un haz de luz -51- desde una fuente de luz -50- está conformado para poder cambiar el ángulo, como el elemento -2- de espejo según el primer ejemplo de referencia. En este caso, el elemento -10- de espejo está inclinado aproximadamente 45o con respecto al haz de luz -51 - de la fuente de luz -50-.Figure 5 shows the arrangement of an optical apparatus according to a third reference example. A mirror element -10- that reflects a light beam -51- from a light source -50- is shaped to be able to change the angle, like the mirror element -2- according to the first reference example. In this case, the mirror element -10- is inclined approximately 45o with respect to the light beam -51- of the light source -50-.
Un sistema óptico -100- incluye dos espejos -11- y -12- que están dispuestos estacionariamente bajo el elemento -10- de espejo, tal como se muestra en la figura 5. La luz reflejada por una primera zona -10b- de reflexión en una primera superficie -10a- del elemento -10- de espejo, que es la superficie en el lado de la fuente de luz -50-, es reflejada secuencialmente por los espejos -11- y -12- y guiada a una segunda zona -10c- de reflexión en la primera superficie -10a- del elemento -10- de espejo. La luz reflejada por la segunda zona -10c- de reflexión sale en una dirección, por ejemplo, invertida 180o con respecto al haz de luz -51-. En esta disposición, el desplazamiento en paralelo del haz de luz según la ecuación (1) puede implementarse girando A9g el elemento -10- de espejo mediante un motor galvanométrico.An optical system -100- includes two mirrors -11- and -12- which are stationary disposed under the mirror element -10-, as shown in figure 5. The light reflected by a first reflection zone -10b- in a first surface -10a- of the mirror element -10-, which is the surface on the side of the light source -50-, is reflected sequentially by the mirrors -11- and -12- and guided to a second zone -10c of reflection on the first surface -10a- of the mirror element -10-. The light reflected by the second reflection zone -10c- exits in one direction, for example, inverted 180 ° with respect to the light beam -51-. In this arrangement, the parallel displacement of the light beam according to equation (1) can be implemented by rotating A9g the mirror element -10- by means of a galvanometric motor.
Tal como se ha descrito anteriormente, según este ejemplo de referencia, se puede implementar un mecanismo de desplazamiento en paralelo del haz de luz a alta velocidad mediante la disposición utilizando el elemento -10- de espejo de cambio de ángulo que recibe luz de la fuente de luz -50- y los dos espejos -11- y -12-.As described above, according to this reference example, a mechanism for parallel movement of the light beam at high speed can be implemented by the arrangement using the angle change mirror element -10- that receives light from the source of light -50- and the two mirrors -11- and -12-.
<Primera realización><First realization>
La figura 6 muestra la disposición de un aparato óptico según una primera realización. Esta disposición es una combinación de las disposiciones mostradas en el primer ejemplo de referencia (figura 1), e incluye un primer aparato óptico -61- que recibe un haz de luz -51- de una fuente de luz -50-, y un segundo aparato óptico -62- que recibe la luz de salida del primer aparato óptico -61-.Figure 6 shows the arrangement of an optical apparatus according to a first embodiment. This arrangement is a combination of the arrangements shown in the first reference example (Figure 1), and includes a first optical apparatus -61- that receives a light beam -51- from a light source -50-, and a second optical apparatus -62- receiving the output light of the first optical apparatus -61-.
El primer aparato óptico -61- incluye un elemento -13- de espejo de cambio de ángulo que refleja el haz de luz -51-de la fuente de luz -50-. Esto se corresponde con el elemento -2- de espejo según el primer ejemplo de referencia. El primer aparato óptico -61- incluye asimismo los espejos -14-1-, -14-2-, -14-3- y -14-4- correspondientes a los espejos -3-, -4-, -5- y -6- según el primer ejemplo de referencia, respectivamente.The first optical apparatus -61- includes an angle change mirror element -13- that reflects the light beam -51- of the light source -50-. This corresponds to the mirror element -2- according to the first reference example. The first optical apparatus -61- also includes the mirrors -14-1-, -14-2-, -14-3- and -14-4- corresponding to the mirrors -3-, -4-, -5- and -6- according to the first reference example, respectively.
El segundo aparato óptico -62- incluye un elemento -15- de espejo de cambio de ángulo que refleja el haz de luz -51- de la fuente de luz -50-. Esto se corresponde con el elemento -2- de espejo según el primer ejemplo de referencia. El segundo aparato óptico -62- incluye asimismo los espejos -16-1-, -16-2-, -16-3- y -16-4-correspondientes a los espejos -3-, -4-, -5- y -6- según el primer ejemplo de referencia, respectivamente.The second optical apparatus -62- includes an angle change mirror element -15- that reflects the light beam -51- of the light source -50-. This corresponds to the mirror element -2- according to the first reference example. The second optical apparatus -62- also includes the mirrors -16-1-, -16-2-, -16-3- and -16-4-corresponding to the mirrors -3-, -4-, -5- and -6- according to the first reference example, respectively.
El eje de rotación del elemento -13- de espejo del primer aparato óptico -61- y el eje de rotación del elemento -15- de espejo del segundo aparato óptico -62- no son paralelos y están dispuestos, por ejemplo, para ser perpendiculares entre sí.The axis of rotation of the mirror element -13- of the first optical apparatus -61- and the axis of rotation of the mirror element -15- of the second optical apparatus -62- are not parallel and are arranged, for example, to be perpendicular each.
En el primer aparato óptico -61- la luz incidente reflejada por la primera superficie reflectante del elemento -13- de espejo es reflejada secuencialmente por los espejos -14-1-, -14-2-, -14-3- y -14-4- y guiada a la segunda superficie reflectante del elemento -13- de espejo en el lado opuesto de la primera superficie reflectante. La luz reflejada por la segunda superficie reflectante incide sobre el elemento -15- de espejo del segundo aparato óptico -62-. En el segundo aparato óptico -62-, la luz incidente reflejada por la primera superficie reflectante del elemento -15- de espejo es reflejada secuencialmente por los espejos -16-1-, -16-2-, -16-3- y -16-4- y guiada a la segunda superficie reflectante del elemento -15- de espejo en el lado opuesto de la primera superficie reflectante. La luz finalmente reflejada por la segunda superficie reflectante del elemento -15- de espejo sale casi en la misma dirección que el haz de luz -51-.In the first optical apparatus -61- the incident light reflected by the first reflecting surface of the mirror element -13- is reflected sequentially by the mirrors -14-1-, -14-2-, -14-3- and -14 -4- and guided to the second reflective surface of the mirror element -13- on the opposite side of the first reflecting surface. The light reflected by the second reflecting surface impinges on the mirror element -15- of the second optical apparatus -62-. In the second optical apparatus -62-, the incident light reflected by the first reflective surface of the mirror element -15- is reflected sequentially by the mirrors -16-1-, -16-2-, -16-3- and - 16-4- and guided to the second reflecting surface of the mirror element -15- on the opposite side of the first reflecting surface. The light finally reflected by the second reflecting surface of the mirror element -15- comes out almost in the same direction as the light beam -51-.
Tal como se muestra en la figura 6, se puede emplear una disposición en la que un plano formado por la trayectoria óptica en la que los espejos reflejan luz en el primer aparato óptico -61- y un plano formado por la trayectoria óptica en la que los espejos reflejan luz en el segundo aparato óptico -62- se intersecan entre sí. Cuando los mecanismos de desplazamiento en paralelo del haz de luz se disponen de modo que se intersecan entre sí, se puede implementar la reducción de tamaño del aparato óptico.As shown in Figure 6, an arrangement can be used in which a plane formed by the optical path in which the mirrors reflect light in the first optical apparatus -61- and a plane formed by the optical path in which the mirrors reflect light in the second optical apparatus -62- intersect each other. When the parallel movement mechanisms of the light beam are arranged so as to intersect each other, the size reduction of the optical apparatus can be implemented.
Se debe observar que en el ejemplo anterior, se ha descrito un ejemplo en el que los mecanismos de desplazamiento en paralelo del haz de luz del primer ejemplo de referencia (figura 1) están dispuestos de modo que las direcciones de desplazamiento se vuelven perpendiculares entre sí. No obstante, incluso si se combinan dos mecanismos de desplazamiento en paralelo del haz de luz seleccionados de los ejemplos de referencia primero a tercero, el desplazamiento en paralelo del haz de luz se puede realizar libremente de modo similar en el plano bidimensional. It should be noted that in the previous example, an example has been described in which the parallel movement mechanisms of the light beam of the first reference example (FIG. 1) are arranged so that the directions of displacement become perpendicular to each other. . However, even if two parallel movement mechanisms of the selected light beam of the first to third reference examples are combined, the parallel movement of the light beam can be similarly performed freely in the two-dimensional plane.
Según diversos ejemplos de referencia y la realización descrita anteriormente, el aparato óptico incluye un elemento de espejo giratorio, y un sistema óptico que recibe luz reflejada por el elemento de espejo y la hace salir en una dirección predeterminada. El sistema óptico refleja secuencialmente la luz un número par de veces mediante las superficies reflectantes y hace que la luz incida de nuevo sobre el elemento de espejo. La luz que incide de nuevo es reflejada por el elemento de espejo y, de este modo, sale en una dirección predeterminada. Según los análisis del presente inventor, la presente invención no puede contenerse en una disposición con un sistema óptico que refleja la luz un número no par de veces sino un número impar de veces.According to various reference examples and the embodiment described above, the optical apparatus includes a rotating mirror element, and an optical system that receives light reflected by the mirror element and outputs it in a predetermined direction. The optical system sequentially reflects the light an even number of times through the reflective surfaces and causes the light to fall back on the mirror element. The incident light is reflected back by the mirror element and thus exits in a predetermined direction. According to the analyzes of the present inventor, the present invention can not be contained in an arrangement with an optical system that reflects light a number not twice but an odd number of times.
<Segunda realización><Second realization>
A continuación se describirá un ejemplo de un aparato de procesamiento que incluye un elemento óptico para guiar la luz que ha salido del aparato óptico descrito en la primera realización a un objeto. La figura 7 muestra la disposición de un aparato de procesamiento por láser según una segunda realización. El aparato de procesamiento por láser según esta realización incluye un mecanismo -17- de desplazamiento en paralelo del haz de luz descrito en la primera realización en una etapa posterior de una fuente -71- de luz láser. Los sistemas -18- y -19- de ampliación del haz de luz están dispuestos en la etapa posterior del mecanismo -17- de desplazamiento en paralelo del haz de luz, aumentando así en la magnitud necesaria la magnitud de desplazamiento del haz de luz/sistema de haz de luz. Una lente condensadora -22- está dispuesta en la etapa posterior de los sistemas de ampliación del haz de luz, y un objeto -23- dispuesto en el plano focal es irradiado con el haz de láser condensado. Los ángulos de los espejos -20-y -21- proporcionados entre el sistema -19- de ampliación del haz de luz y la lente condensadora -22- pueden ajustarse para guiar el haz de luz a una posición deseada sobre el objeto -23-.Next, an example of a processing apparatus including an optical element for guiding the light that has left the optical apparatus described in the first embodiment to an object will be described. Figure 7 shows the arrangement of a laser processing apparatus according to a second embodiment. The laser processing apparatus according to this embodiment includes a parallel movement mechanism -17- of the light beam described in the first embodiment in a later stage of a laser light source -71-. The systems -18- and -19- of extension of the light beam are arranged in the later stage of the mechanism -17- of parallel movement of the light beam, thus increasing the amount of displacement of the light beam by the required magnitude. beam system. A condenser lens -22- is arranged in the later stage of the light beam extension systems, and an object -23- arranged in the focal plane is irradiated with the condensed laser beam. The angles of the mirrors -20- and -21- provided between the beam-extending system 19- and the condenser lens -22- can be adjusted to guide the beam of light to a desired position on the object -23- .
En esta disposición, el mecanismo -17- de desplazamiento en paralelo del haz de luz desplaza paralelamente el haz de luz, cambiando así libremente el ángulo del haz de láser que irradia el objeto -23-. Como resultado, se puede realizar el procesamiento de orificio cónico o corte de una sección inclinada.In this arrangement, the parallel movement mechanism -17- of the light beam moves the light beam in parallel, thus freely changing the angle of the laser beam radiating the object -23-. As a result, conical hole processing or cutting of an inclined section can be performed.
[Realización del procedimiento de fabricación de artículo][Carrying out the article manufacturing procedure]
El aparato de procesamiento según la realización anteriormente descrita se puede utilizar para un procedimiento de fabricación de artículo. El procedimiento de fabricación de artículo puede incluir una etapa de procesamiento de un objeto utilizando el aparato de procesamiento, y una etapa de procesamiento del objeto procesado en la etapa. El procesamiento puede incluir, por ejemplo, al menos uno de un procesamiento diferente del procesamiento anteriormente descrito, transporte, inspección, selección, montaje (imposición) y empaquetado. El procedimiento de fabricación de artículo según esta realización es superior a un procedimiento convencional en, por lo menos, uno del rendimiento, calidad, productividad y coste de fabricación del artículo.The processing apparatus according to the above described embodiment can be used for an article manufacturing process. The article manufacturing process may include a step of processing an object using the processing apparatus, and a processing step of the object processed in the stage. The processing may include, for example, at least one of a processing other than the processing described above, transportation, inspection, selection, assembly (imposition) and packaging. The article manufacturing process according to this embodiment is superior to a conventional process in at least one of the performance, quality, productivity and manufacturing cost of the article.
Aunque la presente invención se ha descrito con referencia a las realizaciones a modo de ejemplo, se debe entender que la invención no está limitada a las realizaciones a modo de ejemplo dadas a conocer. Se le debe conceder al alcance de las siguientes reivindicaciones la interpretación más amplia para abarcar todas dichas modificaciones y estructuras y funciones equivalentes. Although the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it should be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. The broadest interpretation to encompass all such modifications and equivalent structures and functions should be granted to the scope of the following claims.
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