СВЕТОНАПРАВЛЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2022 года по МПК G02B26/10 B23K26/82 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее изобретение относится к светонаправляющему устройству.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Традиционно, технология для сканирования света из источника света вдоль прямой линии сканирования широко использовалась в устройствах формирования изображений, устройствах лазерной обработки, и т.п. PTL 1 раскрывает устройство сканирования луча, обеспеченное в устройстве этого типа.

[0003] Устройство сканирования луча из PTL 1 снабжено вращающимся многогранным зеркалом, множеством сканирующих блоков, элементом переключения луча, и блоком управления переключением луча. Луч из устройства-источника света падает на элемент переключения луча. Блок управления переключением луча выполнен с возможностью управлять элементом переключения луча таким образом, чтобы отклонение луча вращающимся многогранным зеркалом сканирующего блока повторялось для каждой отражающей поверхности вращающегося многогранного зеркала, и заставлять каждый их множества сканирующих блоков по очереди осуществлять одномерное сканирование локального света (луча).

ДОКУМЕНТЫ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ

ПАТЕНТНЫЕ ДОКУМЕНТЫ

[0004] PTL 1: опубликованная не прошедшая экспертизу заявка на патент Японии № 2016-206245.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ЗАДАЧИ, РЕШАЕМЫЕ ИЗОБРЕТЕНИЕМ

[0005] В конфигурации PTL 1, описанной выше, элемент переключения луча электрически управляется блоком управления переключением луча для переключения оптического пути луча таким образом, чтобы луч из устройства-источника света падал на один сканирующий блок. Соответственно, конструкция для переключения оптического пути луча является сложной и могла бы быть и лучше в этом отношении.

[0006] Настоящее изобретение осуществлено ввиду обстоятельств, описанных выше, и целью настоящего изобретения является обеспечение светонаправляющего устройства, выполненного с возможностью переключать область сканирования, с простой конструкцией.

СРЕДСТВО ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

[0007] Задача, решаемая настоящим изобретением, описана выше, и средство для решения задачи и его действие описаны ниже.

[0008] Согласно одному аспекту настоящего изобретения, обеспечено светонаправляющее устройство, имеющее следующую конфигурацию. А именно, светонаправляющее устройство включает в себя множество отражающих блоков, которые отражают падающий свет с тем, чтобы направить падающий свет таким образом, чтобы он облучал объект. Множество отражающих блоков выровнено вдоль направления распространения падающего света. Каждый из множества отражающих блоков включает в себя первый светонаправляющий элемент, который отражает падающий свет. Каждый из множества из отражающих блоков переключается между отражающим состоянием, в котором первый светонаправляющий элемент отражает падающий свет при попадании на него падающего света, и пропускающим состоянием, в котором первый светонаправляющий элемент позволяет падающему свету проходить без попадания на него падающего света, посредством вращения первого светонаправляющего элемента. Периоды времени нахождения в отражающем состоянии отличаются среди множества отражающих блоков. В отражающем состоянии, отраженный свет, являющийся следствием отражения падающего света, отклоняется, когда первый светонаправляющий элемент вращается. Отраженный свет направляется в облучаемую точку, включенную в область сканирования, в которой отражающий блок сканирует объект, подлежащий облучению. Области сканирования множества отражающих блоков выровнены параллельно направлению распространения падающего света.

[0009] В результате, посредством вращения первого светонаправляющего элемента в каждом из множества отражающих блоков, отражающий блок, который отражает падающий свет, может быть механически заменен для переключения области сканирования на облучаемом объекте. Соответственно, переключение области сканирования может быть осуществлено простой конфигурацией.

ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0010] Согласно настоящему изобретению, может быть обеспечено светонаправляющее устройство, выполненное с возможностью переключать область сканирования, с простой конструкцией.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0011] Фиг. 1 является диагональным видом устройства лазерной обработки, снабженного светонаправляющим устройством согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 2 является схематическим изображением, показывающим конфигурацию светонаправляющего устройства.

Фиг. 3 является диагональным видом, показывающим состояние, в котором один отражающий блок отражает свет.

Фиг. 4 является диагональным видом, показывающим состояние, в котором отражающий блок пропускает свет.

Фиг. 5 является видом, показывающим состояние, в котором первый отражающий блок из множества отражающих блоков отражает свет.

Фиг. 6 является видом, показывающим состояние, в котором второй отражающий блок отражает свет.

Фиг. 7 является модификацией показанного отражающего блока.

Фиг. 8 является модификацией светонаправляющего устройства.

ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0012] 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), снабженного светонаправляющим устройством 13 согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Фиг. 1 является диагональным видом устройства 1 лазерной обработки.

[0013] Устройство 1 лазерной обработки, показанное на фиг. 1, может обрабатывать деталь 100 посредством излучения лазерного луча на деталь 100 (облучаемый объект), сканируя при этом деталь 100 светом.

[0014] 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 100 испаряется при облучении лазерным лучом этой части детали 100. Устройство 1 лазерной обработки может быть выполнено с возможностью осуществлять термическую обработку, при которой деталь 100 расплавляется теплом лазерного луча.

[0015] Деталь 100 является пластинчатым элементом. Деталь 100 может быть изготовлена, например, из пластика, армированного углеродным волокном (carbon fiber reinforced plastic - CFRP). Деталь 100 не ограничена пластинчатым элементом и может быть, например, блочным элементом. Также, деталь 100 может быть изготовлена из других материалов.

[0016] 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 этом варианте осуществления, не только видимый свет, но и различные электромагнитные волны с более широким диапазоном длин волн, чем диапазон видимого света, называются «светом».

[0017] Как показано на фиг. 1, устройство 1 лазерной обработки включает в себя секцию 11 подачи, генератор 12 лазерного излучения, и светонаправляющее устройство 13.

[0018] Секция 11 подачи может перемещать деталь 100 в направлении, которое по существу перпендикулярно основному направлению сканирования устройства 1 лазерной обработки. Лазерную обработку осуществляют, в то время как деталь 100 перемещается секцией 11 подачи.

[0019] 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 100 захватывается и подается. Также, секция 11 подачи может быть исключена, и обработка может осуществляться посредством излучения лазерного луча на деталь 100, которая зафиксирована с тем, она не перемещалась.

[0020] 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.

[0021] Светонаправляющее устройство 13 направляет лазерный луч, генерируемый генератором 12 лазерного излучения, для облучения детали 100. Лазерный луч, направляемый светонаправляющим устройством 13, излучается в облучаемую точку 102 на линии 101 сканирования, определенной на поверхности детали 100. Как будет подробно описано ниже, светонаправляющее устройство 13 заставляет облучаемую точку 102, в которой деталь 100 облучается лазерным лучом, перемещаться с по существу постоянной скоростью вдоль прямой линии 101 сканирования. Таким образом реализуют сканирование света.

[0022] Далее со ссылкой на фиг. 2 будет подробно описано светонаправляющее устройство 13. Фиг. 2 является схематическим изображением светонаправляющего устройства 13.

[0023] Как показано на фиг. 2, светонаправляющее устройство 13 включает в себя множество отражающих блоков 20. В этом варианте осуществления, множество отражающих блоков 20 расположено внутри корпуса 17, обеспеченного светонаправляющим устройством 13.

[0024] Каждый из множества отражающих блоков 20 отражает лазерный луч, падающий из генератора 12 лазерного излучения, и направляет его на деталь 100. Ниже, лазерный луч, падающий из генератора 12 лазерного излучения на соответствующие отражающие блоки 20, может называться падающим светом. Множество отражающих блоков 20 выровнено прямо вдоль направления распространения падающего света. Направление, в котором отражающие блоки 20 выровнены, также соответствует продольному направлению линии 101 сканирования. Каждый их множества отражающих блоков 20 расположен в положении, в котором расстояние до линии 101 сканирования является по существу одинаковым.

[0025] Далее, по отношению к множеству отражающих блоков 20, отражающий блок 20, расположенный на самой верхней по ходу стороне относительно направления распространения падающего света, может называться первым отражающим блоком 21. Дополнительно, каждый из остальных отражающих блоков 20 может называться вторым отражающим блоком 22, третьим отражающим блоком 23, четвертым отражающим блоком 24, пятым отражающим блоком 25, шестым отражающим блоком 26, седьмым отражающим блоком 27, восьмым отражающим блоком 28, и девятым отражающим блоком 29 в порядке от первого отражающего блока 21 в нижнюю по ходу сторону относительно направления распространения падающего света.

[0026] Каждый из отражающих блоков 20 может сканировать оптически посредством отклонения и отражения лазерного луча. Область, в которой деталь 100 оптически сканируется каждым из отражающих блоков 20 (область сканирования), отлична от области сканирования других отражающих блоков 20. Фиг. 1 и фиг. 2 показывают первую область 31 сканирования, вторую область 32 сканирования, третью область 33 сканирования, четвертую область 34 сканирования, пятую область 35 сканирования, шестую область 36 сканирования, седьмую область 37 сканирования, восьмую область 38 сканирования, и девятую область 39 сканирования. Девять областей сканирования расположены в прямом расположении. Набор этих областей сканирования образует линию 101 сканирования.

[0027] Первая область 31 сканирования сканируется первым отражающим блоком 21, и затем каждая область сканирования последовательно сканируется соответствующим отражающим блоком 20. Девятая область 39 сканирования сканируется девятым отражающим блоком 29.

[0028] Каждый из отражающих блоков 20 может итерационно переключаться 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, первая область 31 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.

[0029] 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.

[0030] В настоящем варианте осуществления, отражающие блоки 20, которые входят в отражающее состояние, переключаются один за другим в порядке от верхней по ходу стороны к нижней по ходу стороне относительно направления распространения падающего света. Конкретно, отражающие блоки 20 входят в отражающее состояние в порядке: первый отражающий блок 21, второй отражающий блок 22, третий отражающий блок 23, …. Однако, отражающие блоки 20 могут быть переключены в отражающее состояние в порядке от нижней по ходу стороны, или в порядке, отличном от порядка, в котором выровнены отражающие блоки 20.

[0031] Далее каждый из отражающих блоков 20 будет подробно описан со ссылкой на фиг. 3-6. Фиг. 3 является диагональным видом, показывающим состояние, в котором один отражающий блок 20 отражает свет. Фиг. 4 является диагональным видом, показывающим состояние, в котором отражающий блок 20 пропускает свет. Фиг. 5 является видом, показывающим состояние, в котором первый отражающий блок 21 из множества отражающих блоков 20 отражает свет. Фиг. 6 является видом, показывающим состояние, в котором второй отражающий блок 22 отражает свет.

[0032] Фиг. 3 показывает только первый отражающий блок 21 из девяти отражающих блоков 20. Поскольку все девять отражающих блоков 20 имеют одинаковую конфигурацию, первый отражающий блок 21 будет описан ниже как характерный.

[0033] Как показано на фиг. 3, первый отражающий блок 21 включает в себя поворотный стол 41 (вращающийся элемент), двигатель 42 (источник движения), первый светонаправляющий элемент 51, второй светонаправляющий элемент 52, и линзу 53 сканирования.

[0034] Поворотный стол 41 является в настоящем варианте осуществления полым дискообразным элементом и является вращаемым вокруг оси 20с вращения. Один конец передаточного вала 43, который образован в форме полого цилиндра, прикреплен к поворотному столу 41. Передаточный вал 43 вращательно поддерживается корпусом, не показанным на фигуре отражающего блока 20.

[0035] Двигатель 42 выполнен с возможностью вращать поворотный стол 41. Посредством передачи движущей силы двигателя 42 передаточному валу 43, поворотный стол 41 вращается вместе с передаточным валом 43. Двигатель 42 является в этом варианте осуществления электрическим двигателем, но не ограничен этим.

[0036] Первый светонаправляющий элемент 51 обеспечен как единое целое с поворотным столом 41, так что он вращается вокруг оси 20с вращения. Эта ось 20с вращения расположена таким образом, что она ортогональна оптическому пути лазерного луча, падающего на отражающий блок 20. Ниже, оптический путь лазерного луча, падающего на отражающий блок 20, может называться первым оптическим путем L1. Отражающая поверхность, описанная ниже, которую включает в себя первый светонаправляющий элемент 51, может отражать падающий свет при попадании на нее падающего света, распространяющегося вдоль первого оптического пути L1. Первый светонаправляющий элемент 51 прикреплен вблизи внешней периферии поворотного стола 41 с использованием болтов и т.п.

[0037] Два или более четных количеств первых светонаправляющих элементов 51 могут быть обеспечены для одного поворотного стола 41 (одного отражающего блока 20). Множественные первые светонаправляющие элементы 51 идентичны по форме друг другу.

[0038] В настоящем варианте осуществления, два первых светонаправляющих элемента 51 обеспечены для одного поворотного стола 41. Два первых светонаправляющих элемента 51, соответственно, расположены таким образом, что они делят 360° в равной степени на поворотном столе 41. Конкретно, как показано на фиг. 3, один первый светонаправляющий элемент 51 расположен в положении, на 180° смещенном относительно другого первого светонаправляющего элемента 51.

[0039] Первый светонаправляющий элемент 51 образован в блочной форме из металла, такого как алюминий. Первый светонаправляющий элемент 51 включает в себя первую отражающую поверхность 61 и вторую отражающую поверхность 62. Конкретно, V-образный в поперечном сечении паз образован в первом светонаправляющем элементе 51 для открывания стороны, дальней от оси 20с вращения. Первая отражающая поверхность 61 и вторая отражающая поверхность 62 образованы на внутренней стенке этого паза.

[0040] Первая отражающая поверхность 61 и вторая отражающая поверхность 62 образованы в плоской форме. Первая отражающая поверхность 61 наклонена относительно виртуальной плоскости, перпендикулярной оси 20с вращения. Вторая отражающая поверхность 62 наклонена относительно виртуальной плоскости, перпендикулярной оси 20с вращения.

[0041] Первая отражающая поверхность 61 и вторая отражающая поверхность 62 наклонены относительно виртуальной плоскости, перпендикулярной оси 20с вращения, в противоположных направлениях и под одинаковыми углами (конкретно, 45°) друг к другу. Соответственно, первая отражающая поверхность 61 и вторая отражающая поверхность 62 расположены так, что они образуют V-образную форму.

[0042] В настоящем варианте осуществления, два первых светонаправляющих элемента 51 расположены в положениях, соответствующих взаимно противоположным сторонам правильного многоугольника (конкретно, правильного 18-стороннего многоугольника). Соответственно, центральный угол, соответствующий одному из первых светонаправляющих элементов 51, составляет 20°. Первый светонаправляющий элемент 51 не располагается в положении, соответствующем стороне, отличной от описанных выше противоположных сторон.

[0043] Когда два первых светонаправляющих элемента 51 вращаются вместе с поворотным столом 41, состояние, в котором на первые светонаправляющие элементы 51 попадает лазерный луч, падающий на отражающий блок 20 и распространяющийся вдоль первого оптического пути L1, и состояние, в котором на первые светонаправляющие элементы 51 не попадает лазерный луч, попеременно переключаются. Как показано на фиг. 3, состояние, в котором на любой из двух первых светонаправляющих элементов 51 попадает падающий свет, является отражающим состоянием, описанным выше. Как показано на фиг. 4, состояние, в котором ни на какой из двух первых светонаправляющих элементов 51 не попадает падающий свет, является пропускающим состоянием, описанным выше.

[0044] Если сфокусироваться на одном первом светонаправляющем элементе 51, то первый светонаправляющий элемент 51 пересекает оптический путь падающего света два раза в течение каждого оборота на 360°. Как описано выше, в первом светонаправляющем элементе 51 отражающие поверхности (конкретно, первая отражающая поверхность 61 и вторая отражающая поверхность 62), которые отражают падающий свет, образованы только на стороне, дальней от оси 20с вращения. В одном из этих двух раз, отражающая поверхность первого светонаправляющего элемента 51 обращена в верхнюю по ходу сторону относительно направления распространения падающего света, так что свет может быть эффективно отражен. С другой стороны, в оставшийся один раз отражающая поверхность первого светонаправляющего элемента 51 обращена в нижнюю по ходу сторону относительно направления распространения падающего света, так что даже если бы свет попадал на первый светонаправляющий элемент 51, то этот первый светонаправляющий элемент 51 не функционировал бы эффективно.

[0045] Однако, в настоящем варианте осуществления любой первый светонаправляющий элемент 51 расположен таким образом, что он спарен с другим первым светонаправляющим элементом 51, причем их фазы на 180° отличаются друг от друга. Соответственно, в течение периода времени, когда первый светонаправляющий элемент 51 пересекает оптический путь в направлении, которое неэффективно для отражения падающего света, другой первый светонаправляющий элемент 51 всегда пересекает оптический путь в направлении, которое эффективно для отражения падающего света. Соответственно, поскольку первый светонаправляющий элемент 51, чья отражающая поверхность не обращена к падающему свету, по существу не мешает прохождению падающего света, весь свет может быть использован эффективно.

[0046] Первый оптический путь L1 перпендикулярен оси 20с вращения. Два первых светонаправляющих элемента 51 расположены с разностью фаз 180° друг относительно друга. Соответственно, из двух первых светонаправляющих элементов 51, расположенных на противоположных сторонах оси 20с вращения, падающий свет должен попадать только на первый светонаправляющий элемент 51, расположенный на стороне, близкой к верхней по ходу стороне относительно первого оптического пути L1.

[0047] Первая отражающая поверхность 61 выполнена с возможностью перекрывать первый оптический путь L1, когда первый светонаправляющий элемент 51 находится в заданной фазе вращения. Соответственно, падающий свет отражается первой отражающей поверхностью 61 и затем отражается второй отражающей поверхностью 62.

[0048] Если смотреть вдоль оси 20с вращения, то первая отражающая поверхность 61 и вторая отражающая поверхность 62 первого светонаправляющего элемента 51 направлены ортогонально оси 20с вращения. Как показано на фиг. 3, когда первый светонаправляющий элемент 51 вращается с падающим светом, который попадает на первый светонаправляющий элемент 51, направления первой отражающей поверхности 61 и второй отражающей поверхности 62 непрерывно изменяются. Соответственно, направление света, излучаемого от второй отражающей поверхности 62, плавно изменяется в направлении, показанном закрашенными черным цветом стрелками на фиг. 3. Таким образом реализуется отклонение излучаемого света.

[0049] Поскольку первая отражающая поверхность 61 и вторая отражающая поверхность 62 расположены в V-образной форме, когда первый светонаправляющий элемент 51 вращается, излучаемый свет отклоняется вдоль плоскости, перпендикулярной оси 20с вращения, показанной закрашенными черным цветом стрелками на фиг. 3. Эта плоскость смещена в направлении оси 20с вращения относительно первого оптического пути L1. Это позволяет свету, излучаемому из первого светонаправляющего элемента 51, входить во второй светонаправляющий элемент 52.

[0050] Лазерный луч падает на отражающий блок 20 таким образом, что он ортогонален оси 20с вращения. В случае, когда фаза вращения первого светонаправляющего элемента 51 точно соответствует направлению падающего света, если смотреть вдоль оси 20с вращения, первая отражающая поверхность 61 и вторая отражающая поверхность 62 ортогональны падающему свету. Соответственно, в это время лазерный луч отражается дважды таким образом, что он разворачивается назад первым светонаправляющим элементом 51 и излучается в направлении, параллельном и противоположном направлению первого оптического пути L1, показанным вторым оптическим путем L2 на фиг. 3.

[0051] Второй светонаправляющий элемент 52 отражает свет, излучаемый от первого светонаправляющего элемента 51, и направляет его в область сканирования (первую область 31 сканирования), соответствующую первому отражающему блоку 21.

[0052] Второй светонаправляющий элемент 52 расположен в положении, смещенном от первого оптического пути L1 на соответствующее расстояние в направлении оси 20с вращения, описанной выше. Второй светонаправляющий элемент 52 прикреплен с использованием болта и т.п. к концевой части на одной стороне в продольном направлении неподвижного вала 44, образованного в удлиненной форме. Неподвижный вал 44 имеет удлиненное углубление 44а, образованное вдоль оптического пути падающего света. Соответственно, лазерный луч от генератора 12 лазерного излучения не прерывается ни вторым светонаправляющим элементом 52, ни неподвижным валом 44, а направляется в сторону первого светонаправляющего элемента 51 через углубление 44а в качестве пути для прохождения света.

[0053] Второй светонаправляющий элемент 52 изготовлен в блочной форме из металла, такого как алюминий. Второй светонаправляющий элемент 52 включает в себя первую светонаправляющую отражающую поверхность 66 и вторую светонаправляющую отражающую поверхность 67. Конкретно, V-образный в поперечном сечении паз образован во втором светонаправляющем элементе 52 для открывания стороны, наклоненной под углом 45° к направлению первого оптического пути L1, если смотреть вдоль оси 20с вращения. Первая светонаправляющая отражающая поверхность 66 и вторая светонаправляющая отражающая поверхность 67 образованы на внутренней стенке этого паза.

[0054] Первая светонаправляющая отражающая поверхность 66 и вторая светонаправляющая отражающая поверхность 67 образованы в плоской форме. Первая светонаправляющая отражающая поверхность 66 наклонена относительно виртуальной плоскости, перпендикулярной оси 20с вращения. Вторая светонаправляющая отражающая поверхность 67 наклонена относительно виртуальной плоскости, перпендикулярной оси 20с вращения.

[0055] Первая светонаправляющая отражающая поверхность 66 и вторая светонаправляющая отражающая поверхность 67 наклонены относительно виртуальной плоскости, перпендикулярной оси 20с вращения, в противоположных направлениях и под одинаковыми углами (конкретно, 45°) друг к другу. Соответственно, первая светонаправляющая отражающая поверхность 66 и вторая светонаправляющая отражающая поверхность 67 расположены таким образом, что они образуют V-образную форму.

[0056] Первая светонаправляющая отражающая поверхность 66 и вторая светонаправляющая отражающая поверхность 67 второго светонаправляющего элемента 52 выполнены с возможностью покрывать диапазон отклонения света первого светонаправляющего элемента 51. Первая светонаправляющая отражающая поверхность 66 размещена в соответствии с описанной выше плоскостью, включающей в себя диапазон отклонения излучаемого света первого светонаправляющего элемента 51. Соответственно, лазерный луч отражается первой светонаправляющей отражающей поверхностью 66 и затем отражается второй светонаправляющей отражающей поверхностью 67.

[0057] Линза 53 сканирования является линзой с поверхностью свободной формы, например, может быть использована известная линза fθ. Линза 53 сканирования расположена между вторым светонаправляющим элементом 52 и первой областью 31 сканирования. С помощью этой линзы 53 сканирования, фокусное расстояние может быть сделано постоянным в центре и периферических частях диапазона сканирования.

[0058] Девять отражающих блоков 20, выполненных так, как описано выше, выровнены вдоль направления распространения света, падающего от генератора 12 лазерного излучения, для образования светонаправляющего устройства 13, показанного на фиг. 2. Во всех отражающих блоках 20, оси 20с вращения первых светонаправляющих элементов 51 параллельны друг другу. В девяти отражающих блоках 20, первые светонаправляющие элементы 51 вращаются с одинаковой угловой скоростью и в одном и том же направлении. Фаза вращения первого светонаправляющего элемента 51 отличается среди множества отражающих блоков 20. Это обеспечивает то, что периоды времени, в течение которых на первый светонаправляющий элемент 51 попадает падающий свет, являются отличными среди множества отражающих блоков 20. В настоящем варианте осуществления, разница в фазе вращения первого светонаправляющего элемента 51 между двумя отражающими блоками 20 увеличивается на некоторый угол (20° в настоящем варианте осуществления) каждый раз, когда эти отражающие блоки 20 разделяются одним отражающим блоком. Это позволяет переключать множество отражающих блоков 20 в отражающее состояние согласно порядку, в котором они выровнены.

[0059] Вращение первых светонаправляющих элементов 51, связанных с множеством отражающих блоков 20, может быть реализовано, например, посредством управления двигателями 42, обеспеченными для множества отражающих блоков 20, таким образом, чтобы они вращались синхронно. Однако, например, взаимосвязанное вращение первых светонаправляющих элементов 51 может быть также реализовано посредством соединения соответствующих передаточных валов 43 друг с другом шестернями или ремнями и приведения их в движение общим двигателем.

[0060] Фиг. 5 показывает случай, когда только первый отражающий блок 21 из девяти отражающих блоков 20 входит в отражающее состояние. Фиг. 6 показывает случай, когда в результате вращения первого светонаправляющего элемента 51 каждого из отражающих блоков 20 из состояния фиг. 5 первый отражающий блок 21 переходит в пропускающее состояние, и второй отражающий блок 22 входит в отражающее состояние. Таким образом, отражающие блоки 20, которые осуществляют сканирование света, могут быть последовательно переключены для реализации сканирования света вдоль всей длинной линии 101 сканирования.

[0061] В отражающих блоках 20, смежных друг с другом, передаточный вал 43 отражающего блока 20 на верхней по ходу стороне относительно падающего света прикреплен к неподвижному валу 44 отражающего блока 20 на нижней по ходу стороне. Соответственно, первый светонаправляющий элемент 51 верхнего по ходу отражающего блока 20 вращается вокруг второго светонаправляющего элемента 52 нижнего по ходу отражающего блока 20. Как описано выше, поскольку второй светонаправляющий элемент 52 отражает свет и при этом смещает его, свету, излучаемому от второго светонаправляющего элемента 52, не мешает вращение первого светонаправляющего элемента 51. Это расположение позволяет уменьшить размер светонаправляющего устройства 13 и легко приводить области сканирования соответствующих отражающих блоков 20 в непосредственную близость друг к другу.

[0062] Как описано выше, светонаправляющее устройство 13 настоящего варианта осуществления включает в себя множество отражающих блоков 20, которые отражают падающий свет с тем, чтобы направить падающий свет таким образом, чтобы он облучал деталь 100. Множество отражающих блоков 20 выровнено вдоль направления распространения падающего света. Каждый из множества отражающих блоков 20 включает в себя первый светонаправляющий элемент 51, который отражает падающий свет. Каждый из отражающих блоков 20 переключается между отражающим состоянием, в котором первый светонаправляющий элемент 51 отражает падающий свет при попадании на него падающего света, и пропускающим состоянием, в котором первый светонаправляющий элемент 51 позволяет падающему свету проходить без попадания на него падающего света, посредством вращения первого светонаправляющего элемента 51. Периоды времени нахождения в отражающем состоянии отличаются среди множества отражающих блоков 20. В отражающем состоянии, отраженный свет, являющийся следствием отражения падающего света, отклоняется, когда первый светонаправляющий элемент 51 вращается. Отраженный свет направляется в облучаемую точку 102, включенную в область сканирования, в которой отражающий блок 20 сканирует деталь 100. Первая область 31 сканирования первого отражающего блока 21, вторая область 32 сканирования второго отражающего блока 22, …, выровнены параллельно направлению распространения падающего света.

[0063] В результате, посредством вращения первого светонаправляющего элемента 51 в каждом из множества отражающих блоков 20, отражающий блок 20, который отражает падающий свет, может быть механически заменен для переключения области сканирования на детали 100. Соответственно, переключение области сканирования может быть осуществлено простой конфигурацией.

[0064] В настоящем варианте осуществления, в множестве отражающих блоков 20, первые светонаправляющие элементы 51 вращаются с одинаковой угловой скоростью и в одном и том же направлении. Разница в фазе вращения первого светонаправляющего элемента 51 между двумя отражающими блоками 20 увеличивается на некоторый угол для каждого отражающего блока 20 в отдельности.

[0065] Это позволяет обеспечить синхронизацию регулярного переключения отражающих блоков 20, которые отражают падающий свет, и отклонения света для сканирования. Дополнительно, множество областей сканирования может быть просканировано согласно порядку, в котором они расположены.

[0066] В настоящем варианте осуществления, в множестве отражающих блоков 20, оси 20с вращения первых светонаправляющих элементов 51 параллельны друг другу. В каждом из множества отражающих блоков 20, ось 20с вращения первого светонаправляющего элемента 51 ортогональна падающему свету.

[0067] Это позволяет падающему свету проходить через отражающий блок 20, который находится в пропускающем состоянии, и достигать отражающего блока 20, который находится в отражающем состоянии.

[0068] В настоящем варианте осуществления, в отражающем состоянии отражающего блока 20, первый светонаправляющий элемент 51 отражает свет таким образом, что он отклоняется вдоль плоскости, перпендикулярной оси 20с вращения первого светонаправляющего элемента 51. Эта плоскость смещена в направлении оси 20с вращения относительно света, падающего на отражающий блок 20. Каждый из множества отражающих блоков 20 включает в себя второй светонаправляющий элемент 52. Второй светонаправляющий элемент 52 отражает отраженный свет, отраженный в первом светонаправляющем элементе 51, с тем чтобы направить его в область сканирования.

[0069] В результате, посредством отражения света вторым светонаправляющим элементом 52 может быть увеличена настраиваемость положения области сканирования. Дополнительно, посредством отражения света первым светонаправляющим элементом 51 и смещения при этом света, может быть реализовано расположение, при котором второй светонаправляющий элемент 52 не мешает падающему свету, который должен падать на отражающий блок 20.

[0070] В настоящем варианте осуществления, первый светонаправляющий элемент 51 включает в себя первую отражающую поверхность 61 и вторую отражающую поверхность 62. Первая отражающая поверхность 61 образована в плоской форме, которая наклонена относительно плоскости, перпендикулярной оси 20с вращения первого светонаправляющего элемента 51. Вторая отражающая поверхность 62 образована в плоской форме, наклоненной относительно плоскости, перпендикулярной оси 20с вращения первого светонаправляющего элемента 51. Направление, в котором первая отражающая поверхность 61 наклонена относительно плоскости, перпендикулярной оси 20с вращения, и направление, в котором вторая отражающая поверхность 62 наклонена относительно плоскости, перпендикулярной оси 20с вращения, противоположны. После отражения падающего света первой отражающей поверхностью 61, падающий свет отражается второй отражающей поверхностью 62.

[0071] Это позволяет обеспечить простую конфигурацию, в которой свет отражается и при этом смещается первым светонаправляющим элементом 51.

[0072] В настоящем варианте осуществления, вокруг второго светонаправляющего элемента 52 в каждом из отражающих блоков 20, кроме первого отражающего блока 21, из множества отражающих блоков 20, вращается первый светонаправляющий элемент 51 другого отражающего блока 20.

[0073] Это позволяет уменьшить расстояние между отражающими блоками 20 и сделать светонаправляющее устройство 13 более компактным.

[0074] В этом варианте осуществления, второй светонаправляющий элемент 52 отражает свет, который отражается первым светонаправляющим элементом 51, и при этом смещает этот свет в направлении оси 20с вращения первого светонаправляющего элемента 51.

[0075] Это позволяет обеспечить то, что свету, отражаемому вторым светонаправляющим элементом 52, не мешает первый светонаправляющий элемент 51, вращающийся вокруг второго светонаправляющего элемента 52.

[0076] В настоящем варианте осуществления, второй светонаправляющий элемент 52 включает в себя первую светонаправляющую отражающую поверхность 66 и вторую светонаправляющую отражающую поверхность 67. Первая светонаправляющая отражающая поверхность 66 образована в плоской форме, наклоненной относительно плоскости, перпендикулярной оси 20с вращения первого светонаправляющего элемента 51. Вторая светонаправляющая отражающая поверхность 67 образована в плоской форме, наклоненной относительно плоскости, перпендикулярной оси 20с вращения первого светонаправляющего элемента 51. Направление, в котором первая светонаправляющая отражающая поверхность 66 наклонена относительно плоскости, перпендикулярной оси 20с вращения, и направление, в котором вторая светонаправляющая отражающая поверхность 67 наклонена относительно плоскости, перпендикулярной оси 20с вращения, противоположны. После отражения первой светонаправляющей отражающей поверхностью 66 света, который отражается первым светонаправляющим элементом 51, свет отражается второй светонаправляющей отражающей поверхностью 67.

[0077] Это позволяет обеспечить простую конфигурацию, в которой свет отражается и при этом смещается вторым светонаправляющим элементом 52.

[0078] В настоящем варианте осуществления, в каждом из множества отражающих блоков 20, два или более четных количеств первых светонаправляющих элементов 51 расположены таким образом, что они делят угол 360° на одинаковые угловые интервалы.

[0079] В результате, посредством вращения множества первых светонаправляющих элементов 51, отражающий блок 20 может быть переключен в отражающее состояние много раз за один оборот. Поскольку множество первых светонаправляющих элементов 51 расположено в парах на противоположных сторонах оси 20с вращения, падающему свету не мешают первые светонаправляющие элементы 51, которые находятся в фазе вращения, отличной от фазы вращения, в которой падающий свет отражается для сканирования.

[0080] В этом варианте осуществления, каждый из множества отражающих блоков 20 включает в себя линзу 53 сканирования. Линза 53 сканирования размещена на оптическом пути от первого светонаправляющего элемента 51 к области сканирования.

[0081] Это позволяет легко выравнивать фокусное расстояние в каждой области сканирования.

[0082] Устройство 1 лазерной обработки этого варианта осуществления включает в себя светонаправляющее устройство 13. В каждом из множества отражающих блоков 20, свет, излучаемый от первого светонаправляющего элемента 51, который вращается, направляется в любую облучаемую точку 102, включенную в прямую линию 101 сканирования. Длина оптического пути от положения падения света на первый светонаправляющий элемент 51 до облучаемой точки 102 по существу постоянна для всех облучаемых точек в линии 101 сканирования. Скорость сканирования на линии 101 сканирования света, направляемого от каждого из множества отражающих блоков 20, по существу постоянна.

[0083] Это позволяет обеспечить хорошее сканирование света вдоль длинной линии 101 сканирования.

[0084] Далее со ссылкой на фиг. 7 будет описана модификация светонаправляющего устройства 13. В описании этой модификации, элементам, идентичным или подобным элементам вышеупомянутого варианта осуществления, даны те же самые ссылочные позиции на чертежах, и их описание может быть опущено.

[0085] В модификации, показанной на фиг. 7, когда фаза вращения первого светонаправляющего элемента 51 точно соответствует направлению падающего света, отражающая поверхность первого светонаправляющего элемента 51 расположена таким образом, что она наклонена под углом 45° к падающему свету, если смотреть вдоль оси 20с вращения. Соответственно, в отражающем блоке 20 этой модификации, если смотреть вдоль оси 20с вращения, первый светонаправляющий элемент 51 отклоняет отраженный свет в угловом диапазоне, центрированном на ориентации, которая отклонена от направления падающего света на 90°.

[0086] В модификации фиг. 7, отражающая поверхность первого светонаправляющего элемента 51 наклонена, что вызывает некоторое искажение в сканировании света, но второй светонаправляющий элемент 52 может быть устранен. Таким образом, нет необходимости образовывать V-образный паз в первом светонаправляющем элементе 51, как в описанном выше варианте осуществления. Другими словами, отражающая поверхность, которая отражает падающий свет в первом светонаправляющем элементе 51, может быть образована в плоскости, параллельной оси 20с вращения.

[0087] Хотя выше был описан предпочтительный вариант осуществления и модификации настоящего изобретения, конфигурации, описанные выше, могут быть модифицированы, например, следующим образом.

[0088] Число отражающих блоков 20 может быть определено согласно форме облучаемого объекта, например, его длине. Например, может быть обеспечено три, четыре, или пять блоков.

[0089] Множественные отражающие блоки 20 могут быть до некоторой степени отделены друг от друга. Зеркало и т.п., которое изменяет направление падающего света, может быть расположено между множественными отражающими блоками 20.

[0090] Вместо сканирования вдоль одной длинной линии 101 сканирования на протяжении всего светонаправляющего устройства 13, светонаправляющее устройство 13 может быть выполнено с возможностью сканировать вдоль множества несмежных линий 101 сканирования. Множественные линии 101 сканирования могут быть расположены отдельно в продольном направлении линий 101 сканирования или могут быть расположены отдельно в направлении, перпендикулярном продольному направлению линий 101 сканирования. Множественные линии 101 сканирования могут быть ориентированы отлично друг от друга.

[0091] В светонаправляющем устройстве 13х, показанном на фиг. 8, два отражающих блока 20 осуществляют сканирование вдоль двух линий 101 сканирования, расположенных параллельно с соответствующим расстоянием между ними. Фиг. 8 показывает вид в направлении, перпендикулярном поверхности обработки детали 100. Число линий 101 сканирования может быть равным трем или более.

[0092] В вышеупомянутом варианте осуществления, число первых светонаправляющих элементов 51 в каждом отражающем блоке 20 равно двум. Это число этим не ограничено, и оно может быть равным, например, четвертым, шести, или восьми.

[0093] Центральный угол, соответствующий первому светонаправляющему элементу 51, может быть также изменен при необходимости. Например, центральный угол может быть изменен таким образом, чтобы центральный угол был не углом 20°, а центральным углом (30°), соответствующим одной стороне правильного двенадцатиугольника.

[0094] В вышеупомянутом варианте осуществления, около второго светонаправляющего элемента 52 отражающего блока 20 вращается первый светонаправляющий элемент 51 отражающего блока 20, который смежен с отражающим блоком 20, расположенным выше по ходу относительно направления распространения падающего света, чем этот отражающий блок 20. Однако, второй светонаправляющий элемент 52 может быть расположен между этим отражающим блоком 20 и смежным отражающим блоком 20, расположенным ниже по ходу относительно направления распространения падающего света относительно этого отражающего блока 20.

[0095] Первая отражающая поверхность 61 и вторая отражающая поверхность 62 первого светонаправляющего элемента 51 могут быть реализованы призмой.

[0096] Первая светонаправляющая отражающая поверхность 66 и вторая светонаправляющая отражающая поверхность 67 второго светонаправляющего элемента 52 могут быть реализованы призмой.

[0097] Первый светонаправляющий элемент 51 может быть прикреплен к рычагообразному вращающемуся элементу, например, вместо поворотного стола 41.

[0098] Вместо прикрепления второго светонаправляющего элемента 52 к неподвижному валу 44, который вставлен в поворотный стол 41 и передаточный вал 43 смежного отражающего блока 20, второй светонаправляющий элемент 52 может быть прикреплен таким образом, чтобы он был подвешен, например, с использованием портальной рамы. В этом случае нет необходимости конфигурировать поворотный стол 41 и передаточный вал 43 в полой форме.

[0099] Устройство оптического сканирования, с которым применяется светонаправляющее устройство 13, не ограничено устройством 1 лазерной обработки, а может быть, например, устройством формирования изображений.

[0100] 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 способом, отличным от способа, описанного здесь, в пределах объема прилагаемой формулы изобретения.

ОПИСАНИЕ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ

[0101]

1 - устройство лазерной обработки (устройство оптического сканирования)

13 - светонаправляющее устройство

20 - отражающий блок

20с - ось вращения

51 - первый светонаправляющий элемент

52 - второй светонаправляющий элемент

53 - линза сканирования

61 - первая отражающая поверхность

62 - вторая отражающая поверхность

66 - первая светонаправляющая отражающая поверхность

67 - вторая светонаправляющая отражающая поверхность

100 - деталь (облучаемый объект)

101 - линия сканирования

102 - облучаемая точка

Светонаправляющее устройство содержит множество отражающих блоков, направляющих свет облучать объект и выровненных вдоль направления распространения падающего света, каждый из которых включает первый светонаправляющий элемент, отражающий свет. Каждый из множества отражающих блоков переключается между отражающим и пропускающим состояниями посредством вращения первого светонаправляющего элемента. Периоды времени нахождения в отражающем состоянии отличаются среди множества отражающих блоков. В отражающем состоянии свет отклоняется, когда первый светонаправляющий элемент вращается и сканирует объект. Области сканирования множества отражающих блоков выровнены параллельно направлению распространения падающего света. Технический результат - обеспечение возможности переключать область сканирования и упрощение конструкции. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Светонаправляющее устройство, содержащее:

множество отражающих блоков для отражения падающего света с тем, чтобы направить падающий свет таким образом, чтобы он облучал объект; причем

множество отражающих блоков выровнено вдоль направления распространения падающего света,

каждый из множества отражающих блоков включает в себя первый светонаправляющий элемент, который отражает падающий свет,

каждый из множества отражающих блоков переключается между отражающим состоянием, в котором первый светонаправляющий элемент отражает падающий свет при попадании на него падающего света, и пропускающим состоянием, в котором первый светонаправляющий элемент позволяет падающему свету проходить без попадания на него падающего света, посредством вращения первого светонаправляющего элемента,

периоды времени нахождения в отражающем состоянии отличаются среди множества отражающих блоков,

в отражающем состоянии, отраженный свет, являющийся следствием отражения падающего света, отклоняется, когда первый светонаправляющий элемент вращается,

отраженный свет направляется в облучаемую точку, включенную в область сканирования, в которой отражающий блок сканирует объект, подлежащий облучению, и

области сканирования множества отражающих блоков выровнены параллельно направлению распространения падающего света.

2. Светонаправляющее устройство по п. 1, в котором

в множестве отражающих блоков, первые светонаправляющие элементы вращаются с одинаковой угловой скоростью и в одном и том же направлении, и

разница в фазе вращения первого светонаправляющего элемента между двумя отражающими блоками увеличивается на фиксированный угол для каждого отражающего блока, который разделяет эти два отражающих блока.

3. Светонаправляющее устройство по п. 1 или 2, в котором

в множестве отражающих блоков, оси вращения первых светонаправляющих элементов параллельны друг другу, и

в каждом из множества отражающих блоков, ось вращения первого светонаправляющего элемента ортогональна падающему свету.

4. Светонаправляющее устройство по любому из пп. 1-3, в котором

в отражающем состоянии, первый светонаправляющий элемент отражает свет с тем, чтобы отклонить свет вдоль плоскости, перпендикулярной оси вращения первого светонаправляющего элемента,

эта плоскость смещена в направлении оси вращения относительно падающего света,

каждый из множества отражающих блоков включает в себя второй светонаправляющий элемент, и

второй светонаправляющий элемент отражает свет, отраженный первым светонаправляющим элементом с тем, чтобы направить его в область сканирования.

5. Светонаправляющее устройство по п. 4, в котором

первый светонаправляющий элемент содержит:

первую отражающую поверхность, образованную в плоской форме, наклоненную относительно плоскости, перпендикулярной оси вращения первого светонаправляющего элемента; и

вторую отражающую поверхность, образованную в плоской форме, наклоненную относительно плоскости, перпендикулярной оси вращения первого светонаправляющего элемента,

направление, в котором первая отражающая поверхность наклонена относительно плоскости, перпендикулярной оси вращения, и направление, в котором вторая отражающая поверхность наклонена относительно плоскости, перпендикулярной оси вращения, противоположны, и

после отражения падающего света первой отражающей поверхностью, падающий свет отражается второй отражающей поверхностью.

6. Светонаправляющее устройство по п. 4 или 5, в котором

вокруг второго светонаправляющего элемента по меньшей мере одного из множества отражающих блоков вращается первый светонаправляющий элемент другого отражающего блока.

7. Светонаправляющее устройство по п. 6, в котором

второй светонаправляющий элемент отражает свет, который отражается первым светонаправляющим элементом, и при этом смещает этот свет в направлении оси вращения первого светонаправляющего элемента.

8. Светонаправляющее устройство по п. 7, в котором

второй светонаправляющий элемент содержит:

первую светонаправляющую отражающую поверхность, образованную в плоской форме, наклоненную относительно плоскости, перпендикулярной оси вращения первого светонаправляющего элемента; и

вторую светонаправляющую отражающую поверхность, образованную в плоской форме, наклоненную относительно плоскости, перпендикулярной оси вращения первого светонаправляющего элемента,

направление, в котором первая светонаправляющая отражающая поверхность наклонена относительно плоскости, перпендикулярной оси вращения, и направление, в котором вторая светонаправляющая отражающая поверхность наклонена относительно плоскости, перпендикулярной оси вращения, противоположны, и

после отражения первой светонаправляющей отражающей поверхностью света, который отражается первым светонаправляющим элементом, этот свет отражается второй светонаправляющей отражающей поверхностью.

9. Светонаправляющее устройство по любому из пп. 1-8, в котором

в каждом из множества отражающих блоков, два или более четных количеств первых светонаправляющих элементов расположены в каждом из множества отражающих блоков таким образом, что они делят угол 360° на одинаковые угловые интервалы.

10. Светонаправляющее устройство по любому из пп. 1-9, в котором

каждый из множества отражающих блоков включает в себя линзу сканирования, и

линза сканирования размещена на оптическом пути от первого светонаправляющего элемента к области сканирования.

11. Устройство оптического сканирования, содержащее светонаправляющее устройство по любому из пп. 1-10, в котором

в каждом из множества отражающих блоков, свет, излучаемый от первого светонаправляющего элемента, который вращается, направляется в любую облучаемую точку, включенную в прямую линию сканирования,

длина оптического пути от положения падения света на первый светонаправляющий элемент до облучаемой точки по существу постоянна для всех облучаемых точек в линии сканирования, и

скорость сканирования на линии сканирования света, направляемого от каждого из множества отражающих блоков, по существу постоянна.