JP2016124022A - レーザ加工ヘッド及びレーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ光のフォーカス位置及びその近傍のデフォーカス位置において、複数のレーザ光による入熱分布の均一化を図り得るレーザ加工ヘッド、及びレーザ加工装置を提供する。【解決手段】第１光学系３では、複数のレーザ光ＬａをＹ軸方向で複数の第１レーザ光群に分けた場合に、複数の第１レーザ光群間でレーザ光Ｌａの光軸の位置がＺ軸方向にずれた状態とされる。第２光学系４では、複数のレーザ光Ｌａを複数の第１レーザ光群に対応する複数の第２レーザ光群に分けた場合に、複数の第２レーザ光群が互いに重なった状態とされ、且つ、互いに重なった複数の第２レーザ光群間でレーザ光Ｌａの光軸の位置がＹ軸方向にずれた状態とされる。第３光学系５では、複数のレーザ光ＬａをＺ軸方向で複数の第３レーザ光群に分けた場合に、複数の第３レーザ光群間でレーザ光Ｌａの光軸の位置がＹ軸方向にずれた状態とされる。【選択図】図２

Description

本発明は、レーザ加工ヘッド及びレーザ加工装置に関する。

従来のレーザ加工ヘッドとして、１次元に配列された複数の発光部の配列方向に垂直な方向にスタックされた複数の半導体レーザアレイを有する光源と、光源から出射された複数のレーザ光を集光する集光光学系と、を備えるものが知られている。特許文献１には、このようなレーザ加工ヘッドに使用されるレーザ加工方法として、次のようなものが記載されている。すなわち、複数の半導体レーザアレイをスタック方向において中央及び両側のグループに分け、中央のグループの半導体レーザアレイから出射されるレーザ光の強度を、両側のグループの半導体レーザアレイから出射されるレーザ光の強度よりも小さくすることで、複数のレーザ光による入熱分布（加工対象物の加工部位に対する入熱分布）の均一化を図るレーザ加工方法である。

国際公開第２００２／００９９０４号

上述したようなレーザ加工方法では、レーザ光のフォーカス位置を加工部位に合わせて加工対象物にレーザ光を照射するのが一般的である。しかしながら、加工対象物の３次元的な形状変化等に起因してレーザ光のフォーカス位置が加工部位から僅かにずれると、複数のレーザ光による入熱分布の均一化が妨げられる場合があった。

本発明は、レーザ光のフォーカス位置及びその近傍のデフォーカス位置において、複数のレーザ光による入熱分布の均一化を図ることができるレーザ加工ヘッド、及びそのようなレーザ加工ヘッドを備えるレーザ加工装置を提供することを目的とする。

本発明のレーザ加工ヘッドは、互いに垂直な第１方向及び第２方向に沿って２次元に配列された複数の光出射部が設けられ、第１方向及び第２方向に垂直な第３方向に沿って複数の光出射部から複数のレーザ光を出射する光源と、光源から出射された複数のレーザ光を通過させる第１光学系と、第１光学系を通過した複数のレーザ光を通過させる第２光学系と、第２光学系を通過した複数のレーザ光を通過させる第３光学系と、第３光学系を通過した複数のレーザ光を集光する集光光学系と、を備え、第１光学系は、第２光学系に入射する複数のレーザ光を第１方向において複数の第１レーザ光群に分けた場合に、複数の第１レーザ光群間においてレーザ光の光軸の位置が第２方向にずれた状態となるように、複数のレーザ光を通過させ、第２光学系は、第３光学系に入射する複数のレーザ光を複数の第１レーザ光群に対応する複数の第２レーザ光群に分けた場合に、複数の第２レーザ光群が互いに重なった状態となり、且つ互いに重なった複数の第２レーザ光群間においてレーザ光の光軸の位置が第１方向にずれた状態となるように、複数のレーザ光を通過させ、第３光学系は、集光光学系に入射する複数のレーザ光を第２方向において複数の第３レーザ光群に分けた場合に、複数の第３レーザ光群間においてレーザ光の光軸の位置が第１方向にずれた状態となるように、複数のレーザ光を通過させる。

上記レーザ加工ヘッドでは、複数のレーザ光が第１光学系を通過することで、第２光学系に入射する複数のレーザ光の光軸の位置が、第１方向において分けられた複数の第１レーザ光群間において第２方向にずれた状態となる。更に、複数のレーザ光が第２光学系を通過することで、複数の第１レーザ光群に対応する複数の第２レーザ光群が互いに重なった状態となり、且つ、第３光学系に入射する複数のレーザ光の光軸の位置が、互いに重なった複数の第２レーザ光群間において第１方向にずれた状態となる。これにより、レーザ光のフォーカス位置において、複数のレーザ光による光強度分布の均一化が図られる。加えて、複数のレーザ光が第３光学系を通過することで、集光光学系に入射する複数のレーザ光の光軸の位置が、第２方向において分けられた複数の第３レーザ光群間において第１方向にずれた状態となる。これにより、フォーカス位置の近傍のデフォーカス位置において、複数のレーザ光の重畳による強め合いが抑制され、複数のレーザ光による光強度分布の均一化が図られる。また、レーザ光のフォーカス位置においても、複数のレーザ光による光強度分布の更なる均一化が図られる。以上により、上記レーザ加工ヘッドによれば、レーザ光のフォーカス位置及びその近傍のデフォーカス位置において、複数のレーザ光による入熱分布の均一化を図ることができる。

本発明のレーザ加工ヘッドでは、光源は、第１方向に沿って１次元に配列された複数の発光部が形成され、第２方向にスタックされた複数の半導体レーザアレイと、複数の半導体レーザアレイのそれぞれに設けられ、第３方向に沿って複数の発光部から出射された複数のレーザ光をコリメートする複数のコリメートレンズと、を有し、光出射部は、少なくとも発光部及びコリメートレンズによって構成されていてもよい。半導体レーザアレイにおいては、複数の発光部が高精度なピッチで第１方向に沿って１次元に配列されているため、特に、第２光学系によるレーザ光の光軸の位置調整（すなわち、第１方向へのレーザ光の光軸の位置調整）を高精度に実施することができる。

本発明のレーザ加工ヘッドでは、第１光学系は、第３方向と交差し且つ互いに平行な第１光入射面及び第１光出射面を含み且つ第１方向に沿って配置された複数の第１光透過部材を有し、複数の第１光透過部材は、第１光入射面及び第１光出射面が第１方向に平行な軸回りに所定角度回転した状態にある第１光透過部材を少なくとも１つ含み、第２光学系は、第３方向と交差し且つ互いに平行な第２光入射面及び第２光出射面を含み且つ第２方向に沿って配置された複数の第２光透過部材を有し、複数の第２光透過部材は、第２光入射面及び第２光出射面が第２方向に平行な軸回りに所定角度回転した状態にある第２光透過部材を少なくとも１つ含み、第３光学系は、第３方向と交差し且つ互いに平行な第３光入射面及び第３光出射面を含み且つ第２方向に沿って配置された複数の第３光透過部材を有し、複数の第３光透過部材は、第３光入射面及び第３光出射面が第２方向に平行な軸回りに所定角度回転した状態にある第３光透過部材を少なくとも１つ含んでもよい。第１光学系、第２光学系及び第３光学系に、それぞれ、複数の第１光透過部材、複数の第２光透過部材及び複数の第３光透過部材を採用することで、レーザ光による発熱、発熱に起因するレーザ光の品質の低下、レーザ光のエネルギー損失を抑制しつつ、レーザ加工ヘッドの構成の単純化、レーザ加工ヘッドの小型化を図ることができる。

本発明のレーザ加工ヘッドでは、複数の第１レーザ光群の数は、３〜５であり、複数の第２光透過部材の数は、複数の第１レーザ光群の数及び第１方向に沿った光出射部の配列の列数に応じた数であり、複数の第３レーザ光群の数は、３〜５であってもよい。これによれば、レーザ加工ヘッドの構成の単純化、レーザ加工ヘッドの小型化を図りつつ、レーザ光のフォーカス位置及びその近傍のデフォーカス位置において、例えば金属材料に対する焼き入れ加工には十分な入熱分布の均一化を図ることができる。

本発明のレーザ加工装置は、上記レーザ加工ヘッドと、レーザ加工ヘッドを保持する保持部と、加工対象物を支持する支持部と、保持部及び支持部の少なくとも１つを動作させる制御部と、を備える。

上記レーザ加工装置では、レーザ光のフォーカス位置において、複数のレーザ光による入熱分布の均一化が図られているため、フォーカス位置を加工対象物の加工部位に合わせることで、加工部位に対する入熱分布の均一化を図ることができる。更に、フォーカス位置の近傍のデフォーカス位置においても、複数のレーザ光による入熱分布の均一化が図られているため、加工対象物の３次元的な形状変化等に起因してレーザ光のフォーカス位置が加工部位から僅かにずれたとしても、加工部位に対する入熱分布の均一性が維持される。

本発明によれば、レーザ光のフォーカス位置及びその近傍のデフォーカス位置において、複数のレーザ光による入熱分布の均一化を図ることができるレーザ加工ヘッド、及びそのようなレーザ加工ヘッドを備えるレーザ加工装置を提供することが可能となる。

本発明の一実施形態のレーザ加工装置の構成図である。 図１のレーザ加工ヘッドの側面図である。 図１のレーザ加工ヘッドの平面図である。 第１光学系及び第２光学系のそれぞれに入射する複数のレーザ光をＸ軸方向から見た図である。 第３光学系及び集光光学系のそれぞれに入射する複数のレーザ光をＸ軸方向から見た図である。 フォーカス位置及びその近傍において複数のレーザ光をＺ軸方向から見た図である。 フォーカス位置及びその近傍において複数のレーザ光による光強度分布（Ｚ軸方向に積算した際のＹ軸方向の光強度分布）を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１に示されるように、レーザ加工装置１００は、レーザ加工ヘッド１と、保持ロボット（保持部）１０１と、支持ステージ（支持部）１０２と、電源１０３と、冷却機１０４と、制御部１０５と、を備えている。レーザ加工ヘッド１は、ワーク（加工対象物）Ｗを加工するために、ワークＷにレーザ光Ｌを照射する。保持ロボット１０１は、レーザ加工ヘッド１を保持する。支持ステージ１０２は、ワークＷを支持する。電源１０３は、レーザ加工ヘッド１が備える複数の半導体レーザアレイに電流を供給する。冷却機１０４は、レーザ加工ヘッド１が備える複数の半導体レーザアレイを冷却するために、冷却水を循環させる。

制御部１０５は、保持ロボット１０１を動作させる。例えば、金属材料からなるワークＷに対して焼き入れ加工を施す場合、制御部１０５は、レーザ光Ｌのフォーカス位置がワークＷの表面に沿って移動するように、保持ロボット１０１を動作させる。このような保持ロボット１０１の制御は、例えば、レーザ加工ヘッド１に取り付けられた距離センサからの出力に基づいて実施される。なお、制御部１０５は、保持ロボット１０１だけでなく、レーザ加工装置１００の各部を制御する。

図２及び図３に示されるように、レーザ加工ヘッド１は、光源２と、第１光学系３と、第２光学系４と、第３光学系５と、集光光学系６と、筐体７と、を備えている。光源２、第１光学系３、第２光学系４、第３光学系５及び集光光学系６は、この順序でＸ軸方向（第３方向）に沿って筐体７内に配列されており、直接集光型半導体レーザ（ＤＤＬ）を構成している。

光源２は、複数の半導体レーザアレイ２１と、複数のコリメートレンズ２２と、複数のヒートシンク２３と、を有している。複数（例えば、３０個）の半導体レーザアレイ２１は、例えば数ｍｍの等間隔で、Ｚ軸方向にスタックされている。１つの半導体レーザアレイ２１には、複数（例えば、３０個）の発光部２１ａが形成されている。１つの半導体レーザアレイ２１において、複数の発光部２１ａは、例えば数百μｍの等間隔で、Ｙ軸方向（第１方向）に沿って１次元に配列されている。発光部２１ａは、Ｙ方向をスロー方向とし且つＺ軸方向（第２方向）をファースト方向とする半導体レーザ素子であり、Ｘ軸方向に沿ってレーザ光Ｌａを出射する。なお、上述したレーザ光Ｌは、光源２から出射された複数のレーザ光Ｌａの集合である。

各コリメートレンズ２２は、各半導体レーザアレイ２１の光出射側に配置されている。コリメートレンズ２２は、半導体レーザアレイ２１の複数の発光部２１ａからＸ軸方向に沿って出射された複数のレーザ光Ｌａをコリメートする。より具体的には、コリメートレンズ２２は、Ｚ軸方向（すなわち、ファースト方向）へのレーザ光Ｌａの広がりをコリメートする。各ヒートシンク２３は、各半導体レーザアレイ２１と熱的に接続されている。ヒートシンク２３には、冷却機１０４によって冷却水が循環させられる。これにより、ヒートシンク２３は、半導体レーザアレイ２１を冷却する。

光源２においては、１つの発光部２１ａ、及びその光出射側に配置されたコリメートレンズ２２によって、１つの光出射部２４が構成されている。つまり、光源２には、互いに垂直なＹ軸方向及びＺ軸方向に沿って２次元に（すなわち、マトリックス状に）配列された複数の光出射部２４が設けられている。光源２は、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に垂直なＸ軸方向に沿って複数の光出射部２４から複数のレーザ光Ｌａを出射する。これにより、第１光学系３に入射する複数のレーザ光Ｌａの光軸の位置は、図４の（ａ）に示されるように、互いに垂直なＹ軸方向及びＺ軸方向に沿って２次元に（すなわち、マトリックス状に）配列された状態となる。

図２及び図３に示されるように、第１光学系３は、光源２から出射された複数のレーザ光Ｌａを通過させる。第１光学系３は、３つの第１光透過部材３１を有している。第１光透過部材３１は、Ｘ軸方向と交差し且つ互いに平行な第１光入射面３１ａ及び第１光出射面３１ｂを含む板状のプリズムである。３つの第１光透過部材３１は、Ｙ軸方向に沿って配置されており、Ｙ軸方向に平行な軸Ｙ１上において並設されている。

より具体的には、中央の第１光透過部材３１は、第１光入射面３１ａ及び第１光出射面３１ｂがＸ軸方向に平行な軸Ｘ１と直交した状態で、筐体７によって機械的に保持されている。一方の側の第１光透過部材３１は、第１光入射面３１ａ及び第１光出射面３１ｂが軸Ｘ１に垂直な平面に対して軸Ｙ１回りの一方の側に傾斜した状態で、筐体７によって機械的に保持されている。他方の側の第１光透過部材３１は、第１光入射面３１ａ及び第１光出射面３１ｂが軸Ｘ１に垂直な平面に対して軸Ｙ１回りの他方の側に傾斜した状態で、筐体７によって機械的に保持されている。つまり、一方の側及び他方の側の第１光透過部材３１は、第１光入射面３１ａ及び第１光出射面３１ｂが軸Ｙ１回りに所定角度回転した状態で、筐体７によって機械的に保持されている。

図４の（ｂ）に示されるように、第１光学系３は、第２光学系４に入射する複数のレーザ光ＬａをＹ軸方向において３つの第１レーザ光群Ｇ１ａ，Ｇ１ｂ，Ｇ１ｃに分けた場合に、３つの第１レーザ光群Ｇ１ａ，Ｇ１ｂ，Ｇ１ｃ間においてレーザ光Ｌａの光軸の位置がＺ軸方向に第１所定量だけ互いに（相対的に）ずれた状態となるように、複数のレーザ光Ｌａを通過させる。より具体的には、中央の第１レーザ光群Ｇ１ａは、中央の第１光透過部材３１を透過した複数のレーザ光Ｌａの集合である。一方の側の第１レーザ光群Ｇ１ｂは、一方の側の第１光透過部材３１を透過した複数のレーザ光Ｌａの集合である。他方の側の第１レーザ光群Ｇ１ｃは、他方の側の第１光透過部材３１を透過した複数のレーザ光Ｌａの集合である。

一方の側（図４の（ｂ）中、左側）の第１レーザ光群Ｇ１ｂにおける複数のレーザ光Ｌａの光軸の位置は、中央の第１レーザ光群Ｇ１ａにおける複数のレーザ光Ｌａの光軸の位置に対して、Ｚ軸方向における一方の側（図４の（ｂ）中、上側）に第１所定量ずらされた状態となる。他方の側（図４の（ｂ）中、右側）の第１レーザ光群Ｇ１ｃにおける複数のレーザ光Ｌａの光軸の位置は、中央の第１レーザ光群Ｇ１ａにおける複数のレーザ光Ｌａの光軸の位置に対して、Ｚ軸方向における他方の側（図４の（ｂ）中、下側）に第１所定量ずらされた状態となる。ここで、第１所定量とは、複数の第１レーザ光群Ｇ１ａ，Ｇ１ｂ，Ｇ１ｃ間においてレーザ光Ｌａの光軸に垂直なレーザ光Ｌａの断面形状がＹ軸方向において重ならない程度のずれ量である。例えば、第１所定量は、Ｚ軸方向において隣り合う光出射部２４間の距離を複数の第１光透過部材３１の数で除した値である。

図２及び図３に示されるように、第２光学系４は、第１光学系３を通過した複数のレーザ光Ｌａを通過させる。第２光学系４は、複数の第２光透過部材４１を有している。複数の第２光透過部材４１の数は、複数の第１レーザ光群Ｇ１ａ，Ｇ１ｂ，Ｇ１ｃの数及びＹ軸方向に沿った光出射部２４の配列の列数（複数の半導体レーザアレイ２１の数）に応じた数である。一例として、複数の第２光透過部材４１の数は、複数の第１レーザ光群Ｇ１ａ，Ｇ１ｂ，Ｇ１ｃの数とＹ軸方向に沿った光出射部２４の配列の列数とを乗じた数である。すなわち、複数の第１レーザ光群Ｇ１ａ，Ｇ１ｂ，Ｇ１ｃの数が３であり、Ｙ軸方向に沿った光出射部２４の配列の列数が３０である場合、複数の第２光透過部材４１の数は９０である。第２光透過部材４１は、Ｘ軸方向と交差し且つ互いに平行な第２光入射面４１ａ及び第２光出射面４１ｂを含む板状のプリズムである。複数の第２光透過部材４１は、Ｚ軸方向に沿って配置されており、Ｚ軸方向に平行な軸Ｚ１上において並設されている。

より具体的には、１つの半導体レーザアレイ２１に、３つの第２光透過部材４１からなる１つの第２光透過部材群４２が対応している。各第２光透過部材群４２においては、３つの第２光透過部材４１が次のような状態で筐体７によって保持されている。すなわち、中央の第２光透過部材４１は、第２光入射面４１ａ及び第２光出射面４１ｂがＸ軸方向に平行な軸Ｘ１と直交した状態で、筐体７によって機械的に保持されている。一方の側の第２光透過部材４１は、第２光入射面４１ａ及び第２光出射面４１ｂが軸Ｘ１に垂直な平面に対して軸Ｚ１回りの一方の側に傾斜した状態で、筐体７によって機械的に保持されている。他方の側の第２光透過部材４１は、第２光入射面４１ａ及び第２光出射面４１ｂが軸Ｘ１に垂直な平面に対して軸Ｚ１回りの他方の側に傾斜した状態で、筐体７によって機械的に保持されている。つまり、一方の側及び他方の側の第２光透過部材４１は、第２光入射面４１ａ及び第２光出射面４１ｂが軸Ｚ１回りに所定角度回転した状態で、筐体７によって機械的に保持されている。

図５の（ａ）に示されるように、第２光学系４は、第３光学系５に入射する複数のレーザ光Ｌａを３つの第１レーザ光群Ｇ１ａ，Ｇ１ｂ，Ｇ１ｃに対応する３つの第２レーザ光群Ｇ２ａ，Ｇ２ｂ，Ｇ２ｃに分けた場合に、３つの第２レーザ光群Ｇ２ａ，Ｇ２ｂ，Ｇ２ｃが互いに重なった状態となり、且つ互いに重なった３つの第２レーザ光群Ｇ２ａ，Ｇ２ｂ，Ｇ２ｃ間においてレーザ光Ｌａの光軸の位置がＹ軸方向に第２所定量だけ互いに（相対的に）ずれた状態となるように、複数のレーザ光Ｌａを通過させる。より具体的には、第１レーザ光群Ｇ１ａに対応する第２レーザ光群Ｇ２ａは、各第２光透過部材群４２における中央の第２光透過部材４１を透過した複数のレーザ光Ｌａの集合である。第１レーザ光群Ｇ１ｂに対応する第２レーザ光群Ｇ２ｂは、各第２光透過部材群４２における一方の側の第２光透過部材４１を透過した複数のレーザ光Ｌａの集合である。第１レーザ光群Ｇ１ｃに対応する第２レーザ光群Ｇ２ｃは、各第２光透過部材群４２における他方の側の第２光透過部材４１を透過した複数のレーザ光Ｌａの集合である。つまり、第２光学系４は、図４の（ｂ）において、第１レーザ光群Ｇ１ｂが第１レーザ光群Ｇ１ａに重なり、第１レーザ光群Ｇ１ｃが第１レーザ光群Ｇ１ａに重なるように、複数のレーザ光Ｌａを通過させる。

第２レーザ光群Ｇ２ｂにおける複数のレーザ光Ｌａの光軸の位置は、第２レーザ光群Ｇ２ａにおける複数のレーザ光Ｌａの光軸の位置に対して、Ｙ軸方向における一方の側（図５の（ａ）中、左側）に第２所定量ずらされた状態となる。第２レーザ光群Ｇ２ｃにおける複数のレーザ光Ｌａの光軸の位置は、第２レーザ光群Ｇ２ａにおける複数のレーザ光Ｌａの光軸の位置に対して、Ｙ軸方向における他方の側（図５の（ａ）中、右側）に第２所定量ずらされた状態となる。ここで、第２所定量とは、複数のレーザ光Ｌａの光強度をＺ軸方向に積算した際のＹ軸方向の光強度分布が略均一となる程度のずれ量である。例えば、第２所定量は、レーザ光Ｌａの光軸に垂直なレーザ光Ｌａの断面形状におけるＹ軸方向の幅の半分の値である。

図２及び図３に示されるように、第３光学系５は、第２光学系４を通過した複数のレーザ光Ｌａを通過させる。第３光学系５は、３つの第３光透過部材５１を有している。第３光透過部材５１は、Ｘ軸方向と交差し且つ互いに平行な第３光入射面５１ａ及び第３光出射面５１ｂを含む板状のプリズムである。３つの第３光透過部材５１は、Ｙ軸方向に沿って配置されており、Ｚ軸方向に平行な軸Ｚ２上において並設されている。

より具体的には、中央の第３光透過部材５１は、第３光入射面５１ａ及び第３光出射面５１ｂがＸ軸方向に平行な軸Ｘ１と直交した状態で、筐体７によって機械的に保持されている。一方の側の第３光透過部材５１は、第３光入射面５１ａ及び第３光出射面５１ｂが軸Ｘ１に垂直な平面に対して軸Ｚ２回りの一方の側に傾斜した状態で、筐体７によって機械的に保持されている。他方の側の第３光透過部材５１は、第３光入射面５１ａ及び第３光出射面５１ｂが軸Ｘ１に垂直な平面に対して軸Ｚ２回りの他方の側に傾斜した状態で、筐体７によって機械的に保持されている。つまり、一方の側及び他方の側の第３光透過部材５１は、第３光入射面５１ａ及び第３光出射面５１ｂが軸Ｚ２回りに所定角度回転した状態で、筐体７によって機械的に保持されている。

図５の（ｂ）に示されるように、第３光学系５は、集光光学系６に入射する複数のレーザ光ＬａをＺ軸方向において３つの第３レーザ光群Ｇ３ａ，Ｇ３ｂ，Ｇ３ｃに分けた場合に、３つの第３レーザ光群Ｇ３ａ，Ｇ３ｂ，Ｇ３ｃ間においてレーザ光Ｌａの光軸の位置がＹ軸方向に第３所定量だけ互いに（相対的に）ずれた状態となるように、複数のレーザ光Ｌａを通過させる。より具体的には、中央の第３レーザ光群Ｇ３ａは、中央の第３光透過部材５１を透過した複数のレーザ光Ｌａの集合である。一方の側の第３レーザ光群Ｇ３ｂは、一方の側の第３光透過部材５１を透過した複数のレーザ光Ｌａの集合である。他方の側の第３レーザ光群Ｇ３ｃは、他方の側の第３光透過部材５１を透過した複数のレーザ光Ｌａの集合である。

一方の側（図５の（ｂ）中、上側）の第３レーザ光群Ｇ３ｂにおける複数のレーザ光Ｌａの光軸の位置は、中央の第３レーザ光群Ｇ３ａにおける複数のレーザ光Ｌａの光軸の位置に対して、Ｙ軸方向における一方の側（図５の（ｂ）中、左側）に第３所定量ずらされた状態となる。他方の側（図５の（ｂ）中、下側）の第３レーザ光群Ｇ３ｃにおける複数のレーザ光Ｌａの光軸の位置は、中央の第３レーザ光群Ｇ３ａにおける複数のレーザ光Ｌａの光軸の位置に対して、Ｙ軸方向における他方の側（図５の（ｂ）中、右側）に第３所定量ずらされた状態となる。なお、レーザ光Ｌａの光軸に垂直なレーザ光Ｌａの断面形状は、レーザ光Ｌａの広がりの影響によって、実際には、ぼやける（はっきりと見えない）場合がある。

ここで、第３所定量は、次のように設定される。レーザ加工ヘッド１において第３光学系が存在しない場合（すなわち、光源２、第１光学系３、第２光学系４及び集光光学系６によってレーザ加工ヘッド１が構成された場合）、図６の（ａ）に示されるように、レーザ光Ｌの進行方向におけるフォーカス位置Ｆの上流側及び下流側のデフォーカス位置ＤＦで、複数のレーザ光Ｌａが重畳によって強め合う現象が生じる。各デフォーカス位置ＤＦは、例えば、フォーカス位置Ｆから１ｍｍ以内の位置である。そこで、図６の（ｂ）に示されるように、各デフォーカス位置ＤＦにおいて、複数のレーザ光Ｌａの重畳による強め合いが抑制されるように、第３所定量が設定される。なお、第２光学系４と第３光学系５との距離は、フォーカス位置Ｆとデフォーカス位置ＤＦとの距離に相関する。

図２及び図３に示されるように、集光光学系６は、第３光学系５を通過した複数のレーザ光Ｌａを集光する。集光光学系６は、コリメートレンズ６１と、集光レンズ６２と、を有している。コリメートレンズ６１は、Ｙ軸方向へのレーザ光Ｌａの広がりをコリメートする。集光レンズ６２は、コリメートレンズ６１によってコリメートされた複数のレーザ光Ｌａを集光する。

以上、説明したように、レーザ加工ヘッド１では、複数のレーザ光Ｌａが第１光学系３を通過することで、第２光学系４に入射する複数のレーザ光Ｌａの光軸の位置が、Ｙ軸方向において分けられた複数の第１レーザ光群Ｇ１ａ，Ｇ１ｂ，Ｇ１ｃ間においてＺ軸方向にずれた状態となる。更に、複数のレーザ光Ｌａが第２光学系４を通過することで、複数の第１レーザ光群Ｇ１ａ，Ｇ１ｂ，Ｇ１ｃに対応する複数の第２レーザ光群Ｇ２ａ，Ｇ２ｂ，Ｇ２ｃが互いに重なった状態となり、且つ、第３光学系５に入射する複数のレーザ光Ｌａの光軸の位置が、互いに重なった複数の第２レーザ光群Ｇ２ａ，Ｇ２ｂ，Ｇ２ｃ間においてＹ軸方向にずれた状態となる。これにより、レーザ光Ｌのフォーカス位置Ｆにおいて、複数のレーザ光Ｌａによる光強度分布の均一化が図られる（すなわち、複数のレーザ光Ｌａの集光分布の均一化が図られる）。加えて、複数のレーザ光Ｌａが第３光学系５を通過することで、集光光学系６に入射する複数のレーザ光Ｌａの光軸の位置が、Ｚ軸方向において分けられた複数の第３レーザ光群Ｇ３ａ，Ｇ３ｂ，Ｇ３ｃ間においてＹ軸方向にずれた状態となる。これにより、フォーカス位置Ｆの近傍のデフォーカス位置ＤＦにおいて、複数のレーザ光Ｌａの重畳による強め合いが抑制され、複数のレーザ光Ｌａによる光強度分布の均一化が図られる。また、レーザ光Ｌのフォーカス位置Ｆにおいても、複数のレーザ光Ｌａによる光強度分布の更なる均一化が図られる。以上により、レーザ加工ヘッド１によれば、レーザ光Ｌのフォーカス位置Ｆ及びその近傍のデフォーカス位置ＤＦにおいて、複数のレーザ光Ｌａによる入熱分布の均一化を図ることができる。

なお、仮に、レーザ加工ヘッド１において、第２光学系４の位置と第３光学系５の位置とが入れ替えられると、広がりが大きい状態でレーザ光Ｌが第２光学系４に入射することになる。そのため、第２光学系４を構成する複数の第２光透過部材４１を大型化する必要性が生じ、結果として、レーザ加工ヘッド１の小型化が妨げられる。これに対し、レーザ加工ヘッド１では、第１光学系３、第２光学系４及び第３光学系５が、この順序でＸ軸方向に沿って配列されているので、広がりが小さい状態でレーザ光Ｌが第２光学系４に入射することになる。そのため、第２光学系４を構成する複数の第２光透過部材４１を大型化する必要性が生じず、結果として、レーザ加工ヘッド１の小型化を図ることができる。なお、第３光学系５は、複数のレーザ光Ｌａの光軸の位置をＹ軸方向にずれた状態とするものであるため、広がりが大きい状態でレーザ光Ｌが第３光学系５に入射しても、レーザ加工ヘッド１の大型化には繋がり難い。このように、第１光学系３、第２光学系４及び第３光学系５が、この順序でＸ軸方向に沿って配列されていることは、レーザ加工ヘッド１の小型化を図る上で、極めて重要である。

また、レーザ加工ヘッド１では、光源２に、Ｚ軸方向にスタックされた複数の半導体レーザアレイ２１が採用されている。半導体レーザアレイ２１においては、複数の発光部２１ａが高精度なピッチでＹ軸方向に沿って１次元に配列されているため、特に、第２光学系４によるレーザ光Ｌａの光軸の位置調整（すなわち、Ｙ軸方向へのレーザ光Ｌａの光軸の位置調整）を高精度に実施することができる。

また、レーザ加工ヘッド１では、第１光学系３、第２光学系４及び第３光学系５に、それぞれ、複数の第１光透過部材３１、複数の第２光透過部材４１及び複数の第３光透過部材５１が採用されている。これにより、レーザ光Ｌによる発熱、発熱に起因するレーザ光Ｌの品質の低下、レーザ光Ｌのエネルギー損失を抑制しつつ、レーザ加工ヘッド１の構成の単純化、レーザ加工ヘッド１の小型化を図ることができる。

特に、レーザ加工ヘッド１では、複数の第１光透過部材３１、複数の第２光透過部材４１及び複数の第３光透過部材５１が、これらを収容する筐体７によって機械的に保持されている。これにより、複数の第１光透過部材３１、複数の第２光透過部材４１及び複数の第３光透過部材５１において、レーザ光Ｌが透過する領域から離れた部分が、筐体７によって機械的に保持されることになる。そのため、例えば、レーザ光が当たる部分が保持されるライトパイプに比べ、レーザ光Ｌのエネルギー損失を抑制することができる。しかも、筐体７による保持が機械的な保持であって、筐体７による保持に接着剤が用いられないため、接着剤でレーザ光Ｌが吸収されるようなこともない。

また、レーザ加工ヘッド１では、複数の第１レーザ光群Ｇ１ａ，Ｇ１ｂ，Ｇ１ｃの数は、３〜５であり、複数の第２光透過部材４１の数は、複数の第１レーザ光群Ｇ１ａ，Ｇ１ｂ，Ｇ１ｃの数及びＹ軸方向に沿った光出射部２４の配列の列数に応じた数であり、複数の第３レーザ光群Ｇ３ａ，Ｇ３ｂ，Ｇ３ｃの数は、３〜５である。これにより、レーザ加工ヘッド１の構成の単純化、レーザ加工ヘッド１の小型化を図りつつ、レーザ光Ｌのフォーカス位置Ｆ及びその近傍のデフォーカス位置ＤＦにおいて、例えば金属材料に対する焼き入れ加工には十分な入熱分布の均一化を図ることができる。

また、レーザ加工装置１００では、レーザ光Ｌのフォーカス位置Ｆにおいて、複数のレーザ光Ｌａによる入熱分布の均一化が図られているため、フォーカス位置ＦをワークＷの加工部位に合わせることで、加工部位に対する入熱分布の均一化を図ることができる。更に、フォーカス位置Ｆの近傍のデフォーカス位置ＤＦにおいても、複数のレーザ光Ｌａによる入熱分布の均一化が図られているため、ワークＷの３次元的な形状変化等に起因してレーザ光Ｌのフォーカス位置Ｆが加工部位から僅かに（例えば、１ｍｍ以内の範囲で）ずれたとしても、加工部位に対する入熱分布の均一性が維持される。

次に、レーザ加工ヘッド１の実施例及び比較例について説明する。図７の（ａ）は、第１光学系３、及び第２光学系４に相当する光学系を備え、第３光学系５を備えないレーザ加工ヘッド（比較例１）についての「複数のレーザ光Ｌａによる光強度分布（Ｚ軸方向に積算した際のＹ軸方向の光強度分布）」のシミュレーション結果を示す図である。比較例１においては、第２光学系４に相当する光学系として、３つの第２レーザ光群Ｇ２ａ，Ｇ２ｂ，Ｇ２ｃが互いに重なった状態となり、且つ互いに重なった３つ第２レーザ光群Ｇ２ａ，Ｇ２ｂ，Ｇ２ｃ間においてレーザ光Ｌａの光軸の位置がＹ軸方向にずれていない状態となるように、複数のレーザ光Ｌａを通過させる光学系を用いた。図７の（ｂ）は、第１光学系３及び第２光学系４を備え、第３光学系５を備えないレーザ加工ヘッド（比較例２）についての「複数のレーザ光Ｌａによる光強度分布（Ｚ軸方向に積算した際のＹ軸方向の光強度分布）」のシミュレーション結果を示す図である。図７の（ｃ）は、第１光学系３、第２光学系４及び第３光学系５を備えるレーザ加工ヘッド（実施例１）についての「複数のレーザ光Ｌａによる光強度分布（Ｚ軸方向に積算した際のＹ軸方向の光強度分布）」のシミュレーション結果を示す図である。

図７の（ａ），（ｂ）及び（ｃ）のそれぞれに示された５つのグラフにおいて、縦軸は、複数のレーザ光Ｌａによる光強度（Ｚ軸方向に積算した際の光強度）を示し、横軸は、Ｙ軸方向の位置を示す。当該５つのグラフのうち、「Ｆ」と表示されたグラフは、フォーカス位置Ｆにおける「複数のレーザ光Ｌａによる光強度分布」を示す。「＋ＤＦ１」と表示されたグラフは、レーザ光Ｌの進行方向におけるフォーカス位置Ｆの下流側に向かってフォーカス位置Ｆから０．５ｍｍ離れたデフォーカス位置ＤＦにおける「複数のレーザ光Ｌａによる光強度分布」を示す。「−ＤＦ１」と表示されたグラフは、レーザ光Ｌの進行方向におけるフォーカス位置Ｆの上流側に向かってフォーカス位置Ｆから０．５ｍｍ離れたデフォーカス位置ＤＦにおける「複数のレーザ光Ｌａによる光強度分布」を示す。「＋ＤＦ２」と表示されたグラフは、レーザ光Ｌの進行方向におけるフォーカス位置Ｆの下流側に向かってフォーカス位置Ｆから１ｍｍ離れたデフォーカス位置ＤＦにおける「複数のレーザ光Ｌａによる光強度分布」を示す。「−ＤＦ２」と表示されたグラフは、レーザ光Ｌの進行方向におけるフォーカス位置Ｆの上流側に向かってフォーカス位置Ｆから１ｍｍ離れたデフォーカス位置ＤＦにおける「複数のレーザ光Ｌａによる光強度分布」を示す。

図７の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、比較例２では、比較例１に比べ、フォーカス位置Ｆにおいて、複数のレーザ光Ｌａによる光強度分布の均一化が図られた。しかし、各デフォーカス位置ＤＦでは、複数のレーザ光Ｌａによる光強度分布の均一化が不十分であった。図７の（ｂ）及び（ｃ）に示されるように、実施例１では、比較例２に比べ、特に、各デフォーカス位置ＤＦにおいて、複数のレーザ光Ｌａによる光強度分布の均一化が図られた。また、実施例１では、比較例２に比べ、フォーカス位置Ｆにおいても、複数のレーザ光Ｌａによる光強度分布の更なる均一化が図られた。

なお、レーザ光Ｌのフォーカス位置Ｆ及びその近傍のデフォーカス位置ＤＦにおいてレーザ加工を実施するのは、次の理由による。複数のレーザ光Ｌａによる光強度分布の均一化を実現するためには、フォーカス位置Ｆからかなり離れたデフォーカス位置ＤＦにおいてレーザ加工を実施してもよいと考えられる。フォーカス位置Ｆからかなり離れたデフォーカス位置ＤＦでは、レーザ光Ｌがぼやけた状態となり、光強度分布の均一性が向上するからである。しかし、フォーカス位置Ｆからかなり離れたデフォーカス位置ＤＦでは、ビームプロファイルがトップハット形状（矩形状）から崩れ、中心部の光強度が周辺部の光強度よりも強くなる。その結果、レーザ光Ｌの照射領域の中心部と周辺部とで温度差が強く生じてしまい、均一な温度分布が得ることが難しい。そこで、レーザ光Ｌのビームプロファイルがトップハット形状（矩形状）となるレーザ光Ｌのフォーカス位置Ｆ及びその近傍のデフォーカス位置ＤＦにおいてレーザ加工を実施するのが有効である。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。

例えば、上記実施形態では、第１光学系３において、第１光入射面３１ａ及び第１光出射面３１ｂが軸Ｘ１と直交した状態で保持された中央の第１光透過部材３１は、当該第１光透過部材３１を透過する複数のレーザ光Ｌａの光軸の位置を、元の複数のレーザ光Ｌａの光軸の位置に対してずれた状態としない。そのため、当該第１光透過部材３１は、省略されてもよい。また、第２光学系４において、第２光入射面４１ａ及び第２光出射面４１ｂが軸Ｘ１と直交した状態で保持された中央の第２光透過部材４１は、当該第２光透過部材４１を透過する複数のレーザ光Ｌａの光軸の位置を、元の複数のレーザ光Ｌａの光軸の位置に対してずれた状態としない。そのため、当該第２光透過部材４１は、省略されてもよい。この場合も、複数の第２光透過部材４１の数は、複数の第１レーザ光群の数（すなわち、第２光学系４に入射する複数のレーザ光ＬａがＹ軸方向において分けられた複数の第１レーザ光群の数）及びＹ軸方向に沿った光出射部２４の配列の列数に応じた数となる。一例として、複数の第１レーザ光群の数が３であり、Ｙ軸方向に沿った光出射部２４の配列の列数が３０である場合、複数の第２光透過部材４１の数は、「３×３０−３０（省略される中央の第２光透過部材４１の数）」で、６０となる。更に、第３光学系５において、第３光入射面５１ａ及び第３光出射面５１ｂがＸ軸方向に平行な軸Ｘ１と直交した状態で保持された中央の第３光透過部材５１は、当該第３光透過部材５１を透過する複数のレーザ光Ｌａの光軸の位置を、元の複数のレーザ光Ｌａの光軸の位置に対してずれた状態としない。そのため、当該第３光透過部材５１は、省略されてもよい。

また、第１光学系３では、第１光入射面３１ａ及び第１光出射面３１ｂが軸Ｘ１と直交した状態で保持された第１光透過部材３１（透過する複数のレーザ光Ｌａの光軸の位置を、元の複数のレーザ光Ｌａの光軸の位置に対してずれた状態としない第１光透過部材３１）が中央以外の他の位置に配置されてもよい。その場合の第１光学系３では、当該他の位置に配置された第１光透過部材３１は、省略されてもよい。第２光学系４の各第２光透過部材群４２では、第２光入射面４１ａ及び第２光出射面４１ｂが軸Ｘ１と直交した状態で保持された第２光透過部材４１（透過する複数のレーザ光Ｌａの光軸の位置を、元の複数のレーザ光Ｌａの光軸の位置に対してずれた状態としない第２光透過部材４１）が中央以外の他の位置に配置されてもよい。その場合の第２光学系４では、当該他の位置に配置された第２光透過部材４１は、省略されてもよい。第３光学系５では、第３光入射面５１ａ及び第３光出射面５１ｂが軸Ｘ１と直交した状態で保持された第３光透過部材５１（透過する複数のレーザ光Ｌａの光軸の位置を、元の複数のレーザ光Ｌａの光軸の位置に対してずれた状態としない第３光透過部材５１）が中央以外の他の位置に配置されてもよい。その場合の第３光学系５では、当該他の位置に配置された第３光透過部材５１は、省略されてもよい。

また、複数の第１レーザ光群（すなわち、第２光学系４に入射する複数のレーザ光ＬａがＹ軸方向において分けられた複数の第１レーザ光群の数）の数は、複数であれば、３つに限定されず、２つであってもよいし、４つ以上であってもよい。ただし、複数の第１レーザ光群の数は、３〜５であることが好ましい。複数の第１レーザ光群の数を多くし過ぎると、複数の第２光透過部材４１の数（複数の第１レーザ光群の数及びＹ軸方向に沿った光出射部２４の配列の列数に応じた数）が増加し、レーザ加工ヘッド１の大型化、レーザ光Ｌのエネルギーの損失の増大に繋がるからである。また、複数の第３レーザ光群（すなわち、集光光学系６に入射する複数のレーザ光ＬａがＺ軸方向において分けられた複数の第３レーザ光群の数）の数は、複数であれば、３つに限定されず、２つであってもよいし、４つ以上であってもよい。ただし、複数の第３レーザ光群の数は、３〜５であることが好ましい。複数の第３レーザ光群の数が２つである場合に比べ、フォーカス位置Ｆの近傍のデフォーカス位置ＤＦでの光強度分布の均一性を十分に向上させることができるからである。

また、各第１レーザ光群Ｇ１ａ，Ｇ１ｂ，Ｇ１ｃを構成する複数のレーザ光Ｌａの数は、互いに異なっていてもよい。各第２レーザ光群Ｇ２ａ，Ｇ２ｂ，Ｇ２ｃを構成する複数のレーザ光Ｌａの数は、互いに異なっていてもよい。各第３レーザ光群Ｇ３ａ，Ｇ３ｂ，Ｇ３ｃを構成する複数のレーザ光Ｌａの数は、互いに異なっていてもよい。また、第１レーザ光群Ｇ１ａに対する第１レーザ光群Ｇ１ｂのずれ量（第１所定量）と、第１レーザ光群Ｇ１ａに対する第１レーザ光群Ｇ１ｃのずれ量（第１所定量）とは、互いに異なっていてもよい。第２レーザ光群Ｇ２ａに対する第２レーザ光群Ｇ２ｂのずれ量（第２所定量）と、第２レーザ光群Ｇ２ａに対する第２レーザ光群Ｇ２ｃのずれ量（第２所定量）とは、互いに異なっていてもよい。第３レーザ光群Ｇ３ａに対する第３レーザ光群Ｇ３ｂのずれ量（第３所定量）と、第３レーザ光群Ｇ３ａに対する第３レーザ光群Ｇ３ｃのずれ量（第３所定量）とは、互いに異なっていてもよい。

また、複数の第１レーザ光群Ｇ１ａ，Ｇ１ｂ，Ｇ１ｃ間においてレーザ光Ｌａの光軸の位置がＺ軸方向に互いに（相対的に）ずれた状態となれば、全ての第１レーザ光群Ｇ１ａ，Ｇ１ｂ，Ｇ１ｃを構成する複数のレーザ光Ｌａの光軸の位置が、元の複数のレーザ光Ｌａの光軸の位置に対してずれた状態とされてもよい。複数の第２レーザ光群Ｇ２ａ，Ｇ２ｂ，Ｇ２ｃ間においてレーザ光Ｌａの光軸の位置がＹ軸方向に互いに（相対的に）ずれた状態となれば、全ての第２レーザ光群Ｇ２ａ，Ｇ２ｂ，Ｇ２ｃを構成する複数のレーザ光Ｌａの光軸の位置が、元の複数のレーザ光Ｌａの光軸の位置に対してずれた状態とされてもよい。複数の第３レーザ光群Ｇ３ａ，Ｇ３ｂ，Ｇ３ｃ間においてレーザ光Ｌａの光軸の位置がＹ軸方向に互いに（相対的に）ずれた状態となれば、全ての第３レーザ光群Ｇ３ａ，Ｇ３ｂ，Ｇ３ｃを構成する複数のレーザ光Ｌａの光軸の位置が、元の複数のレーザ光Ｌａの光軸の位置に対してずれた状態とされてもよい。

また、上記実施形態では、第１光学系３、第２光学系４及び第３光学系５に、それぞれ、複数の第１光透過部材３１、複数の第２光透過部材４１及び複数の第３光透過部材５１が採用されていたが、それらに替えて、他の光学素子（例えば、ミラー）が採用されてもよい。また、レーザ加工装置１００において、制御部１０５は、保持ロボット１０１等の保持部に替えて、支持ステージ１０２等の支持部を動作させてもよいし、保持ロボット１０１等の保持部及び支持ステージ１０２等の支持部の両方を動作させてもよい。また、レーザ加工装置１００において実施されるレーザ加工は、金属材料に対する焼き入れに限定されず、他のレーザ加工（例えば、溶接）であってもよい。

１…レーザ加工ヘッド、２…光源、３…第１光学系、４…第２光学系、５…第３光学系、６…集光光学系、２１…半導体レーザアレイ、２１ａ…発光部、２２…コリメートレンズ、２４…光出射部、３１…第１光透過部材、３１ａ…第１光入射面、３１ｂ…第１光出射面、４１…第２光透過部材、４１ａ…第２光入射面、４１ｂ…第２光出射面、５１…第３光透過部材、５１ａ…第３光入射面、５１ｂ…第３光出射面、１００…レーザ加工装置、１０１…保持ロボット（保持部）、１０２…支持ステージ（支持部）、１０５…制御部、Ｌ，Ｌａ…レーザ光、Ｇ１ａ，Ｇ１ｂ，Ｇ１ｃ…第１レーザ光群、Ｇ２ａ，Ｇ２ｂ，Ｇ２ｃ…第２レーザ光群、Ｇ３ａ，Ｇ３ｂ，Ｇ３ｃ…第３レーザ光群、Ｗ…ワーク（加工対象物）。

Claims (5)

1. 互いに垂直な第１方向及び第２方向に沿って２次元に配列された複数の光出射部が設けられ、前記第１方向及び前記第２方向に垂直な第３方向に沿って前記複数の光出射部から複数のレーザ光を出射する光源と、
   前記光源から出射された前記複数のレーザ光を通過させる第１光学系と、
   前記第１光学系を通過した前記複数のレーザ光を通過させる第２光学系と、
   前記第２光学系を通過した前記複数のレーザ光を通過させる第３光学系と、
   前記第３光学系を通過した前記複数のレーザ光を集光する集光光学系と、を備え、
   前記第１光学系は、前記第２光学系に入射する前記複数のレーザ光を前記第１方向において複数の第１レーザ光群に分けた場合に、前記複数の第１レーザ光群間において前記レーザ光の光軸の位置が前記第２方向にずれた状態となるように、前記複数のレーザ光を通過させ、
   前記第２光学系は、前記第３光学系に入射する前記複数のレーザ光を前記複数の第１レーザ光群に対応する複数の第２レーザ光群に分けた場合に、前記複数の第２レーザ光群が互いに重なった状態となり、且つ互いに重なった前記複数の第２レーザ光群間において前記レーザ光の光軸の位置が前記第１方向にずれた状態となるように、前記複数のレーザ光を通過させ、
   前記第３光学系は、前記集光光学系に入射する前記複数のレーザ光を前記第２方向において複数の第３レーザ光群に分けた場合に、前記複数の第３レーザ光群間において前記レーザ光の光軸の位置が前記第１方向にずれた状態となるように、前記複数のレーザ光を通過させる、レーザ加工ヘッド。
2. 前記光源は、
   前記第１方向に沿って１次元に配列された複数の発光部が形成され、前記第２方向にスタックされた複数の半導体レーザアレイと、
   前記複数の半導体レーザアレイのそれぞれに設けられ、前記第３方向に沿って前記複数の発光部から出射された複数のレーザ光をコリメートする複数のコリメートレンズと、を有し、
   前記光出射部は、少なくとも前記発光部及び前記コリメートレンズによって構成されている、請求項１記載のレーザ加工ヘッド。
3. 前記第１光学系は、前記第３方向と交差し且つ互いに平行な第１光入射面及び第１光出射面を含み且つ前記第１方向に沿って配置された複数の第１光透過部材を有し、
   前記複数の第１光透過部材は、前記第１光入射面及び前記第１光出射面が前記第１方向に平行な軸回りに所定角度回転した状態にある前記第１光透過部材を少なくとも１つ含み、
   前記第２光学系は、前記第３方向と交差し且つ互いに平行な第２光入射面及び第２光出射面を含み且つ前記第２方向に沿って配置された複数の第２光透過部材を有し、
   前記複数の第２光透過部材は、前記第２光入射面及び前記第２光出射面が前記第２方向に平行な軸回りに所定角度回転した状態にある前記第２光透過部材を少なくとも１つ含み、
   前記第３光学系は、前記第３方向と交差し且つ互いに平行な第３光入射面及び第３光出射面を含み且つ前記第２方向に沿って配置された複数の第３光透過部材を有し、
   前記複数の第３光透過部材は、前記第３光入射面及び前記第３光出射面が前記第２方向に平行な軸回りに所定角度回転した状態にある前記第３光透過部材を少なくとも１つ含む、請求項１又は２記載のレーザ加工ヘッド。
4. 前記複数の第１レーザ光群の数は、３〜５であり、
   前記複数の第２光透過部材の数は、前記複数の第１レーザ光群の数及び前記第１方向に沿った前記光出射部の配列の列数に応じた数であり、
   前記複数の第３レーザ光群の数は、３〜５である、請求項３記載のレーザ加工ヘッド。
5. 請求項１〜４のいずれか一項記載のレーザ加工ヘッドと、
   前記レーザ加工ヘッドを保持する保持部と、
   加工対象物を支持する支持部と、
   前記保持部及び前記支持部の少なくとも１つを動作させる制御部と、を備える、レーザ加工装置。

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