JP2021085984A - ビームシェイパ及び加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ベッセルビームの干渉領域をアキシコンレンズから離れた位置に形成することが可能なビームシェイパを実現する。【解決手段】ビームシェイパ（ＢＳ）は、第１アキシコンレンズ（１３３）、第２アキシコンレンズ（１３５）、及び第３アキシコンレンズ（１３７）により構成されている。第１アキシコンレンズ（１３３）の頂点から第２アキシコンレンズ（１３５）の頂点までの距離Ｄは、第１アキシコンレンズ（１３３）の干渉領域の深度ｄ０よりも大きい、【選択図】図１

Description

本発明は、アキシコンレンズを備えたビームシェイパに関する。また、そのようなビームシェイパを備えた加工装置に関する。

コリメートされたガウシアンビームをベッセルビームに変換するアキシコンレンズが広く用いられている。特許文献１には、アキシコンレンズを備えたビームシェイパ（特許文献１における「レーザビーム整形装置」）が開示されている。

特開２０１７−１４２４０２号

ベッセルビームは、中心軸上で極めて高い強度を持ち、その周辺に環状の干渉縞が同心円状に分布するビームプロファイルを有している。このため、ベッセルビームをワークに照射する加工装置によれば、ベッセルビームの中心軸上にある点を加工（切断、せん孔、溶接、焼結等）しながら、その点の周辺を加熱することができる。しかしながら、ベッセルビームをワークに照射する加工装置においては、以下のような問題が生じる。

図４の（ａ）は、アキシコンレンズＡＬの斜視図である。アキシコンレンズＡＬは、コリメートされたガウシアンビームＧＢをベッセルビームＢＢに変換する。アキシコンレンズＡＬから出射するベッセルビームＢＢは、円錐状の凸面から出射した光同士が互いに干渉する干渉領域Ａにおいて高い強度を持つ。干渉領域Ａは、対角線を回転軸として菱形を回転させることにより得られる回転体の形状（別の言い方をすれば、互いに合同な２つの円錐の底面同士を結合することにより得られる形状）であり、一方の頂点がアキシコンレンズＡＬの頂点に接触している。

図４の（ｂ）は、頂角αが１６５°、１７０°、１７５°のアキシコンレンズＡＬに、ビーム径Ｒが２ｍｍのコリメートされたガウシアンビームを入射させたときに得られる、Ｚ軸上におけるベッセルビームＢＢの強度分布を示すグラフである。図４の（ｃ）は、頂角αが１７０°のアキシコンレンズＡＬに、ビーム径Ｒが２ｍｍ、４ｍｍ、６ｍｍのコリメートされたガウシアンビームを入射させたときに得られる、ｚ軸上におけるベッセルビームＢＢの強度分布を示すグラフである。ここで、Ｚ軸は、アキシコンレンズＡＬの光軸上に取られた、アキシコンレンズＡＬの頂点を原点とする座標軸である。図４の（ｂ）及び（ｂ）によれば、干渉領域Ａの一方の頂点がアキシコンレンズＡＬの頂点に接しており、ベッセルビームＢＢの強度が最大になる点が、アキシコンレンズＡＬの頂点から５ｍｍ〜３００ｍｍ程度離れた位置に形成されることが分かる。したがって、干渉領域Ａの深度は、１０ｍｍ〜６００ｍｍ程度であることが分かる。

以上のように、アキシコンレンズにより得られるベッセルビームの干渉領域は、アキシコンレンズの頂点に接触するように形成され、その深度は、１０ｍｍ〜６００ｍｍ程度である。したがって、ワーク上に干渉領域が形成されるようにベッセルビームを照射する加工装置においては、アキシコンレンズの頂点をワークに近接させる必要がある。このため、ワークから飛散した異物等によってアキシコンレンズが汚染又は損傷を受ける可能性が高い。

本発明の一態様は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、ベッセルビームの干渉領域をアキシコンレンズの頂点から離れた位置に形成することが可能なビームシェイパ、及び、そのようなビームシェイパを備えた加工装置を実現することを目的とする。

本発明の態様１に係るビームシェイパは、第１アキシコンレンズと、その円錐面が前記第１アキシコンレンズの円錐面と対向するように配置された第２アキシコンレンズと、その平坦面が前記第２アキシコンレンズの平坦面と対向するように配置された第３アキシコンレンズと、を備え、前記第１アキシコンレンズの頂点から前記第２アキシコンレンズの頂点までの距離Ｄは、前記第１アキシコンレンズから出射するベッセルビームの干渉領域の深度ｄ０よりも大きい。

上記の構成によれば、第３アキシコンレンズから出射されるベッセルビームの干渉領域を第３アキシコンレンズの頂点から離れた位置に形成することができる。

本発明の態様２に係るビームシェイパにおいては、態様１に係るビームシェイパの構成に加えて、以下の構成が採用されている。すなわち、コリメートレンズを更に備え、前記１アキシコンレンズは、その平坦面が前記コリメートレンズの凸面と対向するように配置されている、構成が採用されている。

上記の構成によれば、ビームシェイパに入射するビームが発散するガウシアンビームであっても、第１アキシコンレンズに入射するビームを、コリメートされたガウシアンビームとすることができる。したがって、ビームシェイパに入射するビームが発散するガウシアンビームであっても、第１アキシコンレンズから出射するビームをベッセルビームとすることができ、第２アキシコンレンズから出射するビームをコリメートされたリングビームとすることができ、第３アキシコンレンズから出射するビームをベッセルビームとすることができる。

本発明の態様２に係るビームシェイパにおいては、態様１に係るビームシェイパの構成に加えて、以下の構成が採用されている。すなわち、前記第２アキシコンレンズ及び前記第３アキシコンレンズの直径は、前記第１アキシコンレンズの直径よりも大きい、構成が採用されている。

上記の構成によれば、第１アキシコンレンズの頂点から第２アキシコンレンズの頂点までの距離をより大きくすることができる（より大きくしても、第１アキシコンレンズから出射されたベッセルビームを漏れなく第２アキシコンレンズに受光させることができる）。したがって、第３アキシコンレンズから出射されるベッセルビームの干渉領域を第３アキシコンレンズの頂点からより離れた位置に形成することができる。

本発明の態様４に係るビームシェイパにおいては、態様１〜３の何れかに係るビームシェイパの構成に加えて、以下の構成が採用されている。すなわち、その反射面が前記第３アキシコンレンズの円錐面と対向するように配置されたミラーを更に備えている、構成が採用されている。

上記の構成によれば、ビームシェイパから出力されるベッセルビームの進行方向を、第３アキシコンレンズから出射されたベッセルビームの進行方向と異ならせることができる。

本発明の態様５に係るビームシェイパにおいては、態様１〜３の何れかに係るビームシェイパの構成に加えて、以下の構成が採用されている。すなわち、その反射面が前記第３アキシコンレンズの円錐面と対向するように配置され、第１の軸を回転軸として回転可能な第１ミラーと、その反射面が前記第１ミラーの反射面と対向するように配置さ、前記第１の軸とは異なる第２の軸を回転軸として回転可能な第２ミラーと、を含むガルバノスキャナを更に備えている、構成が採用されている。

上記の構成によれば、ビームシェイパから出力されるベッセルビームの進行方向を、自在に変更することができる。

本発明の態様６に係るビームシェイパにおいては、態様１〜５の何れかに係るビームシェイパの構成に加えて、以下の構成が採用されている。すなわち、前記第２アキシコンレンズをその光軸と平行な方向に移動する調整機構を更に備えている、構成が採用されている。

上記の構成によれば、第３アキシコンレンズの頂点から、第３アキシコンレンズから出射されるベッセルビームの干渉領域までの距離を、自在に調整することが可能になる。

本発明の態様７に係るビームシェイパは、第１アキシコンレンズと、その円錐面が前記第１アキシコンレンズの円錐面と対向するように配置された第２アキシコンレンズと、その平坦面が前記第２アキシコンレンズの平坦面と対向するように配置された第３アキシコンレンズと、を備え、前記第１アキシコンレンズの底面の半径をｒ０、前記第１アキシコンレンズの底角をβ、前記第１アキシコンレンズにコリメートビームが入射したときに形成される干渉領域の頂角をγとして、前記第１アキシコンレンズの頂点から前記第２アキシコンレンズの頂点までの距離Ｄは、Ｄ＞ｒ０（ｃｏｔγ−ｔａｎβ）を満たす。

上記の構成によれば、前記第１アキシコンレンズの頂点から前記第２アキシコンレンズの頂点までの距離Ｄを、前記第１アキシコンレンズから出射するベッセルビームの干渉領域の深度ｄ０よりも大きくすることができる。したがって、上記の構成によれば、第３アキシコンレンズから出射されるベッセルビームの干渉領域を第３アキシコンレンズの頂点から離れた位置に形成することができる。

本発明の態様８の態様に係る加工装置においては、態様１〜７の何れかに係るビームシェイパを含む加工ヘッドを備え、前記ビームシェイパから出力されるベッセルビームをワークに照射する構成が採用されている。

上記の構成によれば、第３アキシコンレンズから出射されるベッセルビームの干渉領域を第３アキシコンレンズの頂点から離れた位置に形成することができる。したがって、干渉領域がワーク上に形成されるようにベッセルビームをワークに照射する場合であっても、ワークから飛散した異物等によってアキシコンレンズ（第３アキシコンレンズ）が汚染又は損傷を受け難い加工装置を実現することができる。

本発明によれば、ベッセルビーム（第３アキシコンレンズから出射するベッセルビーム）の干渉領域をアキシコンレンズ（第３アキシコンレンズ）の頂点から離れた位置に形成することが可能なビームシェイパを実現することができる。

（ａ）は、本発明の一実施形態に係る加工装置の構成を示すブロック図である。（ｂ）は、その加工装置が備える加工ヘッドの構成を示す断面図である。 図１の加工装置が備える加工ヘッドの第１の変形例を示す断面図である。 図１の加工装置が備える加工ヘッドの第２の変形例を示す断面図である。 （ａ）は、アキシコンレンズの斜視図である。（ｂ）は、ビーム径２ｍｍのガウシアンビームを頂角１６５°、１７０°、１７５°のアキシコンレンズに入射させることにより得られるベッセルビームの強度分布を示すグラフである。（ｃ）は、ビーム径２ｍｍ、４ｍｍ、６ｍｍのガウシアンビームを頂角１７０°のアキシコンレンズに入射させることにより得られるベッセルビームの強度分布を示すグラフである。 図１の加工装置が備える第１アキシコンレンズの平面図である。

（加工装置の構成）
本発明の一実施形態に係る加工装置１の構成について、図１を参照して説明する。図１において、（ａ）は、加工装置１の構成を示すブロック図であり、（ｂ）は、加工装置１が備える加工ヘッド１３の断面図である。

加工装置１は、レーザ光を用いてワークＷを加工するための装置であり、図１の（ａ）に示すように、レーザ光源１１と、デリバリファイバ１２と、加工ヘッド１３と、可動ステージ１４と、を備えている。

レーザ光源１１は、レーザ光を生成する装置である。デリバリファイバ１２は、レーザ光源１１にて生成されたレーザ光を導波する光ファイバである。加工ヘッド１３は、デリバリファイバ１２を導波されたレーザ光をワークＷに照射する装置である。可動ステージ１４は、加工ヘッド１３から照射されるレーザ光の進行方向と直交する方向へのワークＷの移動を可能ならしめるための装置である。レーザ光源１１としては、例えば、ファイバレーザが用いられる。デリバリファイバ１２としては、例えば、マルチモードファイバが用いられる。可動ステージ１４としては、例えば、精密ＸＹステージが用いられる。

加工ヘッド１３は、図１の（ｂ）に示すように、筐体１３０と、コリメートレンズ１３１と、第１アキシコンレンズ１３３と、第２アキシコンレンズ１３５と、第３アキシコンレンズ１３７と、レンズホルダ１３２，１３４，１３６，１３８、を備えている。コリメートレンズ１３１、第１アキシコンレンズ１３３、第２アキシコンレンズ１３５、及び第３アキシコンレンズ１３７は、ワークＷに照射されるビームを成形するビームシェイパＢＳとして機能する。

筐体１３０は、一端（図１における上端）が閉塞され、他端（図１における下端）が開放された筒状の構造体である。デリバリファイバ１２は、筐体１３０に設けられた挿通孔を介して筐体１３０の内部に引き込まれている。デリバリファイバ１２から出射する光は、発散する（光路に沿ってビーム径が次第に大きくなる）ガウシアンビームである。

デリバリファイバ１２から出射するガウシアンビームの光路上にはコリメートレンズ１３１が配置されている。コリメートレンズ１３１は、平坦面と球状凸面を有する平凸コリメートレンズであり、その（コリメートレンズ１３１の）平坦面がデリバリファイバ１２の出射面に対向するように、レンズホルダ１３２によって筐体１３０の内側面に固定されている。コリメートレンズ１３１の光軸は、デリバリファイバ１２の光軸Ｌに一致する。コリメートレンズ１３１から出射する光は、コリメートされた（光路に沿ってビーム径が一定の）ガウシアンビームとなる。

コリメートレンズ１３１から出射するガウシアンビームの光路上には、第１アキシコンレンズ１３３が配置されている。第１アキシコンレンズ１３３は、平坦面と円錐状凸面を有する平凸アキシコンレンズであり、その（第１アキシコンレンズ１３３の）平坦面がコリメートレンズ１３１の球状凸面に対向するように、レンズホルダ１３４によって筐体１３０の内側面に固定されている。第１アキシコンレンズ１３３の光軸は、デリバリファイバ１２及びコリメートレンズ１３１の光軸にＬに一致する。第１アキシコンレンズ１３３から出射する光は、ベッセルビームＢ１となる。

第１アキシコンレンズ１３３から出射するベッセルビームＢ１の光路上には、第２アキシコンレンズ１３５が配置されている。第２アキシコンレンズ１３５は、平坦面と円錐状凸面を有する平凸アキシコンレンズであり、その（第２アキシコンレンズ１３５の）円錐面が第１アキシコンレンズ１３３の円錐面に対向するように、レンズホルダ１３６によって筐体３０の内側面に固定されている。第２アキシコンレンズ１３５の光軸は、デリバリファイバ１２、コリメートレンズ１３１、及び第１アキシコンレンズ１３３の光軸Ｌに一致する。第１アキシコンレンズ１３３の頂点から第２アキシコンレンズ１３５の頂点までの距離Ｄは、ベッセルビームＢ１の干渉領域Ａ１の深度ｄ０よりも長く設定されている。このため、第２アキシコンレンズ１３５に入射するベッセルビームＢ１は、発散するリングビームとなり、第２アキシコンレンズ１３５から出射する光は、コリメートされたリングビームとなる。

第２アキシコンレンズ１３５から出射するリングビームの光路上には、第３アキシコンレンズ１３７が配置されている。第３アキシコンレンズ１３７は、平坦面と円錐状凸面を有する平凸アキシコンレンズであり、その（第３アキシコンレンズ１３７の）平坦面が第２アキシコンレンズ１３５の平坦面に対向するように、レンズホルダ１３８によって筐体１３０の内側面に固定されている。第３アキシコンレンズ１３７の光軸は、デリバリファイバ１２、コリメートレンズ１３１、第１アキシコンレンズ１３３、及び第２アキシコンレンズ１３５の光軸Ｌに一致する。第３アキシコンレンズ１３７から出射する光は、ベッセルビームＢ２となる。

コリメートレンズ１３１、第１アキシコンレンズ１３３、第２アキシコンレンズ１３５、及び第３アキシコンレンズ１３７により構成されるビームシェイパＢＳにおいて注目すべきは、以下の点である。

すなわち、第２アキシコンレンズ１３５と第３アキシコンレンズ１３７とは、第２アキシコンレンズ１３５と第３アキシコンレンズ１３７との中間点を通り光軸Ｌに直交する平面Ｓに対して対称に配置されている。したがって、第３アキシコンレンズ１３７から出射するベッセルビームＢ２のプロファイルは、第２アキシコンレンズ１３５に入射するベッセルビームＢ１のプロファイルと、平面Ｓに対して対称になる。

ビームシェイパＢＳにおいては、第１アキシコンレンズ１３３の頂点から第２アキシコンレンズ１３５の頂点までの距離ＤがベッセルビームＢ１の干渉領域Ａ１の深度ｄ０よりも長く設定されている。したがって、第２アキシコンレンズ１３５の頂点からベッセルビームＢ１の干渉領域Ａ１までの距離ｄ１は、正の値となる。したがって、上述した対称性ゆえ、第３アキシコンレンズ１３７の頂点からベッセルビームＢ２の干渉領域Ａ２までの距離ｄ２も、第２アキシコンレンズ１３５の頂点からベッセルビームＢ１の干渉領域Ａ１までの距離ｄ１と同じ正の値になる。すなわち、ベッセルビームＢ２の干渉領域Ａ２は、第３アキシコンレンズ１３７の頂点から離れた位置に形成される。

これにより、加工装置１においては、ワークＷの表面に干渉領域Ａ２が形成されるように加工を行う場合であっても、ワークＷから加工ヘッド１３までの距離を十分に大きく保つことができる。したがって、加工中にワークＷから飛散する異物等によって、加工ヘッド１３が汚染されたり、損傷を受けたりする可能性を低減することができる。

なお、本実施形態においては、第２アキシコンレンズ１３５と第３アキシコンレンズ１３７とが別体である構成を採用しているが、本発明は、これに限定されない。第２アキシコンレンズ１３５と第３アキシコンレンズ１３７とは、平坦面同士を接合することによって一体化されていてもよい。

また、本実施形態においては、第１アキシコンレンズ１３３の直径と第２アキシコンレンズ１３５の直径と第３アキシコンレンズ１３７の直径とが同一である構成を採用しているが、本発明は、これに限定されない。例えば、第２アキシコンレンズ１３５及び第３アキシコンレンズ１３７の直径は、第１のアキシコンレンズ１３３の直径よりも大きくてもよい。これにより、第１アキシコンレンズ１３３の頂点から第２アキシコンレンズ１３５の頂点までの距離Ｄをより大きく設定することが可能になり、その結果、第３アキシコンレンズ１３７からベッセルビームＢ２の干渉領域Ａ２までの距離をより大きくすることが可能になる。なお、第２アキシコンレンズ１３５と第３アキシコンレンズ１３７とは、互いに合同であることが好ましい。これにより、干渉領域Ａ１と干渉領域Ａ２とが互いに合同になるので、ビーム設計が容易になる。

（加工ヘッドの第１の変形例）
加工装置１の備える加工ヘッド１３の第１の変形例（以下、加工ヘッド１３Ａと記載する）について、図２を参照して説明する。図２は、本変形例に係る加工ヘッド１３Ａの断面図である。

加工ヘッド１３Ａは、第３アキシコンレンズ１３７から出射するベッセルビームＢ２の光路上にミラーＭを設け、加工ヘッド１３から出射するベッセルビームＢ２の進行方向を第３アキシコンレンズ１３７から出射するベッセルビームＢ２の進行方向（図２におけるＹ軸正方向）と直交する方向（図２におけるＺ軸負方向）とする構成を採用している点で図１に示す加工ヘッド１３と相違する。これに伴い、加工ヘッド１３Ａの筐体１３０は、Ｌ字型に変形されている。

本変形例に係る加工ヘッド１３Ａは、加工ヘッド１３Ａの加工対象面と直交する方向のサイズを小さくすることができる点で、図１の（ｂ）に示す加工ヘッド１３よりも有利である。逆に、図１の（ｂ）に示す加工ヘッド１３は、加工ヘッド１３Ａの加工対象面と平行な方向のサイズを小さくすることができる点で、本変形例に係る加工ヘッド１３Ａよりも有利である。

（加工ヘッドの第２の変形例）
加工装置１の備える加工ヘッド１３の第２の変形例（以下、加工ヘッド１３Ｂと記載する）について、図３を参照して説明する。図２は、本変形例に係る加工ヘッド１３Ｂの断面図である。

加工ヘッド１３Ｂは、第３アキシコンレンズ１３７から出射するベッセルビームＢ２の光路上にガルバノスキャナＧＳを設け、加工ヘッド１３から出射するベッセルビームＢ２の進行方向を可変としている点で図１に示す加工ヘッド１３と相違する。これに伴い、加工ヘッド１３Ｂの筐体１３０は、Ｌ字型に変形されている。

ガルバノスキャナＧＳは、例えば、第３アキシコンレンズ１３７から出射するベッセルビームＢ２の進行方向を、Ｙ軸正方向からＸ軸正方向へと変換する第１ミラーＭ１と、第１ミラーＭ１にて反射されたベッセルビームＢ２の進行方向を、Ｘ軸正方向からＹ軸負方向に変換する第２ミラーＭ２と、により構成することができる。第１ミラーＭ１は、不図示の第１モータによってＺ軸を回転軸として回転することが可能であり、第２ミラーＭ２は、不図示の第２モータによってＹ軸を回転軸として回転することが可能である。第１ミラーＭ１を回転させることによって、干渉領域Ａ２の位置をワークＷの表面でＹ軸に沿って移動させることができる。また、第２ミラーＭ２を回転させることによって、干渉領域Ａ２の位置をワークＷの表面でＸ軸に沿って移動させることができる。

本変形例に係る加工ヘッド１３Ｂは、ガルバノスキャナＧＳを用いることによって、可動ステージ１４を用いずにワークＷの加工対象箇所を自在に変更できる点で、図１の（ｂ）に示す加工ヘッド１３よりも有利である。逆に、図１の（ｂ）に示す加工ヘッド１３は、可動ステージ１４を用いることによって、ガルバノスキャナＧＳを用いずにワークＷの加工対象箇所を自在に変更できる点で、本変形例に係る加工ヘッド１３Ｂよりも有利である。

（更なる変形例）
なお、第３アキシコンレンズ１３７の頂点からベッセルビームＢ２の干渉領域Ａ２までの距離ｄ２（図１参照）は、第２アキシコンレンズ１３５の頂点からベッセルビームＢ１の干渉領域Ａ１までの距離ｄ１（図１参照）に一致する。したがって、第３アキシコンレンズ１３７の頂点からベッセルビームＢ２の干渉領域Ａ２までの距離ｄ２は、第２アキシコンレンズ１３５の頂点から第３アキシコンレンズ１３７までの距離Ｄ（図１参照）を変化させることによって変更することができる。

このため、加工ヘッド１３、１３Ａ，１３Ｂにおいては、第２アキシコンレンズ１３５を光軸Ｌに沿って移動させる調整機構を有していることが好ましい。これにより、第３アキシコンレンズ１３７の頂点からベッセルビームＢ２の干渉領域Ａ２までの距離ｄ２を調整することが可能な加工装置１を実現することができる。

また、ベッセルビームＢ１，Ｂ２の干渉領域Ａ１，Ａ２における干渉縞の間隔は、第１アキシコンレンズ１３３に入射するガウシアンビームの発散角を変更することによって調整することができる。そして、第１アキシコンレンズ１３３に入射するガウシアンビームの発散角は、コリメートレンズ１３１から第１アキシコンレンズ１３３までの距離を保ったまま、デリバリファイバ１２の出射面からコリメートレンズ１３１までの距離を変化させることによって変更することができる。

このため、加工ヘッド１３、１３Ａ，１３Ｂにおいては、コリメートレンズ１３１から第１アキシコンレンズ１３３までの距離を保ったまま、コリメートレンズ１３１及び第１アキシコンレンズ１３３を光軸Ｌに沿って移動させる調整機構を有していることが好ましい。これにより、ベッセルビームＢ２の干渉領域Ａ２における干渉縞の間隔を調整することが可能な加工装置１を実現することができる。

また、ベッセルビームＢ１，Ｂ２の干渉領域Ａ１，Ａ２におけるパワー密度は、第１アキシコンレンズ１３３に入射するガウシアンビームのビーム径を変更することによって調整することができる。そして、第１アキシコンレンズ１３３に入射するガウシアンビームが発散光又は収斂光である場合、第１アキシコンレンズ１３３に入射するガウシアンビームのビーム径は、コリメートレンズ１３１から第１アキシコンレンズ１３３までの距離を変化させることによって変更することができる。

このため、加工ヘッド１３、１３Ａ，１３Ｂにおいては、コリメートレンズ１３１までの位置を、第１アキシコンレンズ１３３に入射するガウシアンビームが発散光となる位置に保ったまま、或いは、第１アキシコンレンズ１３３に入射するガウシアンビームが収斂光となる位置に保ったまま、第１アキシコンレンズ１３３を光軸Ｌに沿って移動させる調整機構を有していることが好ましい。これにより、ベッセルビームＢ２の干渉領域Ａ２におけるパワー密度を調整することが可能な加工装置１を実現することができる。

（条件Ｄ＞ｄ０の十分条件）
第１アキシコンレンズ１３３にコリメートビームを入射させたときに形成される干渉領域Ａ１の頂角γは、第１アキシコンレンズ１３３の底角をβ、第１アキシコンレンズ１３３の屈折率ｎとして、ｎｓｉｎβ＝ｓｉｎ（β＋γ）の解として与えられる（図５参照）。また、干渉領域Ａ１の深度ｄ０は、第１アキシコンレンズ１３３に入射するコリメートビームの半径をｒとして、ｄ０＝ｒ（ｃｏｔγ−ｔａｎβ）により与えられる（図５参照）。したがって、干渉領域Ａの深度ｄ０は、第１アキシコンレンズ１３３の底面の半径をｒ０とすると、ｒ＜ｒ０なので、ｄ０＜ｒ０（ｃｏｔγ−ｔａｎβ）を満たす。

したがって、第１アキシコンレンズ１３３の頂点から第２アキシコンレンズ１３５の頂点までの距離Ｄに関して、Ｄ＞ｒ０（ｃｏｔγ−ｔａｎβ）という条件を満たせば、Ｄ＞ｄ０という条件を満たす。すなわち、Ｄ＞ｒ０（ｃｏｔγ−ｔａｎβ）という条件を満たせば、Ｄ＞ｄ０という条件を満たしたときに得られる効果と同様の効果が得られる。

（付記事項）
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。上述した実施形態に含まれる個々の技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても、本発明の技術的範囲に含まれる。

１ 加工装置
１１ レーザ光源
１２ デリバリファイバ
１３ 加工ヘッド
１３０ 筐体
１３１ コリメートレンズ
１３３ 第１アキシコンレンズ
１３５ 第２アキシコンレンズ
１３７ 第３アキシコンレンズ
Ｍ ミラー
ＧＳ ガルバノスキャナ
Ｍ１ 第１ミラー
Ｍ２ 第２ミラー

Claims (8)

1. 第１アキシコンレンズと、
   その円錐面が前記第１アキシコンレンズの円錐面と対向するように配置された第２アキシコンレンズと、
   その平坦面が前記第２アキシコンレンズの平坦面と対向するように配置された第３アキシコンレンズと、を備え、
   前記第１アキシコンレンズの頂点から前記第２アキシコンレンズの頂点までの距離Ｄは、前記第１アキシコンレンズから出射するベッセルビームの干渉領域の深度ｄ０よりも大きい、
   ことを特徴とするビームシェイパ。
2. コリメートレンズを更に備え、
   前記第１アキシコンレンズは、その平坦面が前記コリメートレンズの凸面と対向するように配置されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のビームシェイパ。
3. 前記第２アキシコンレンズ及び前記第３アキシコンレンズの直径は、前記第１アキシコンレンズの直径よりも大きい、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のビームシェイパ。
4. その反射面が前記第３アキシコンレンズの円錐面と対向するように配置されたミラーを更に備えている、
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のビームシェイパ。
5. その反射面が前記第３アキシコンレンズの円錐面と対向するように配置され、第１の軸を回転軸として回転可能な第１ミラーと、その反射面が前記第１ミラーの反射面と対向するように配置さ、前記第１の軸とは異なる第２の軸を回転軸として回転可能な第２ミラーと、を含むガルバノスキャナを更に備えている、
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のビームシェイパ。
6. 前記第２アキシコンレンズをその光軸と平行な方向に移動する調整機構を更に備えている、
   ことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載のビームシェイパ。
7. 第１アキシコンレンズと、
   その円錐面が前記第１アキシコンレンズの円錐面と対向するように配置された第２アキシコンレンズと、
   その平坦面が前記第２アキシコンレンズの平坦面と対向するように配置された第３アキシコンレンズと、を備え、
   前記第１アキシコンレンズの底面の半径をｒ０、前記第１アキシコンレンズの底角をβ、前記第１アキシコンレンズにコリメートビームを入射させたときに形成される干渉領域の頂角をγとして、前記第１アキシコンレンズの頂点から前記第２アキシコンレンズの頂点までの距離Ｄは、Ｄ＞ｒ０（ｃｏｔγ−ｔａｎβ）を満たす、
   ことを特徴とするビームシェイパ。
8. 請求項１〜７の何れか１項に記載のビームシェイパを含む加工ヘッドを備え、前記ビームシェイパから出力されるベッセルビームをワークに照射する、
   ことを特徴とする加工装置。

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