WO2021145205A1 - レーザ装置及びそれを用いたレーザ加工装置 - Google Patents

レーザ装置及びそれを用いたレーザ加工装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2021145205A1
WO2021145205A1 PCT/JP2020/048899 JP2020048899W WO2021145205A1 WO 2021145205 A1 WO2021145205 A1 WO 2021145205A1 JP 2020048899 W JP2020048899 W JP 2020048899W WO 2021145205 A1 WO2021145205 A1 WO 2021145205A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
laser beam
laser
optical system
optical
condensing
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/048899
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
恒之 大口
諒 石川
優顕 鈴木
Original Assignee
パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by パナソニックＩｐマネジメント株式会社 filed Critical パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority to JP2021571130A priority Critical patent/JPWO2021145205A1/ja
Publication of WO2021145205A1 publication Critical patent/WO2021145205A1/ja
Priority to US17/810,841 priority patent/US20220334367A1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0004—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed
    • G02B19/0009—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed having refractive surfaces only
    • G02B19/0014—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed having refractive surfaces only at least one surface having optical power
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/0604—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams
    • B23K26/0608—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams in the same heat affected zone [HAZ]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/0604—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams
    • B23K26/0613—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams having a common axis
    • B23K26/0617—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams having a common axis and with spots spaced along the common axis
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/0648—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising lenses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/0665—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by beam condensation on the workpiece, e.g. for focusing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/082—Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0004—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed
    • G02B19/0009—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed having refractive surfaces only
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0033—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use
    • G02B19/0047—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10—Scanning systems
    • G02B26/101—Scanning systems with both horizontal and vertical deflecting means, e.g. raster or XY scanners
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/10—Beam splitting or combining systems
    • G02B27/1006—Beam splitting or combining systems for splitting or combining different wavelengths
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/10—Beam splitting or combining systems
    • G02B27/108—Beam splitting or combining systems for sampling a portion of a beam or combining a small beam in a larger one, e.g. wherein the area ratio or power ratio of the divided beams significantly differs from unity, without spectral selectivity
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4204—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
    • G02B6/4206—Optical features
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10—Scanning systems
    • G02B26/105—Scanning systems with one or more pivoting mirrors or galvano-mirrors

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

レーザ装置（１００）は、第１及び第２波長の第１及び第２レーザ光（ＬＢ１），（ＬＢ２）をそれぞれ出射する第１及び第２レーザ発振器（１），（２）と、第１及び第２光学系（１０），（２０）とを備えている。第１光学系（１０）は、第１及び第２レーザ光（ＬＢ１），（ＬＢ２）を結合して第２光学系（２０）に伝送し、第２光学系（２０）は、第１レーザ光（ＬＢ１）を第１集光位置（ＦＰ１）に、第２レーザ光（ＬＢ２）を第２集光位置（ＦＰ２）にそれぞれ集光するように構成されている。第１光学系（１０）から出射される第１レーザ光（ＬＢ１）の光軸と最外側の成分とがなす最大角度は、第２レーザ光（ＬＢ２）の光軸と最外側の成分とがなす最大角度と異なっている。

Description

レーザ装置及びそれを用いたレーザ加工装置
　本開示は、レーザ装置及びそれを用いたレーザ加工装置に関する。
　従来、レーザ光を用いて溶接等の加工を行うレーザ加工装置が広く用いられており、その中で、複数の波長成分を含むレーザ光を用いて加工を行うレーザ加工装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１４－０７９８０２号公報
　特許文献１に開示されるような従来のレーザ加工装置では、波長の異なるレーザ光は、レーザヘッドの光学系の色収差に応じて異なる位置に集光される。このため、当該光学系に含まれるコリメートレンズと集光レンズの位置を調節して、波長の異なるレーザ光の集光領域のサイズを調節している。
　しかし、ワークの材質や形状、また、切断か溶接か等の加工の種類によっては、２つのレーザ光の集光位置を同じ位置にしたり、あるいは遠ざけたりすることが求められるようになってきている。
　本開示はかかる点に鑑みてなされたもので、その目的は、簡便な構成で波長の異なる２つのレーザ光の集光位置を調整可能なレーザ装置及びそれを用いたレーザ加工装置を提供することにある。
　上記目的を達成するため、本開示に係るレーザ装置は、第１波長の第１レーザ光を出射する第１レーザ発振器と、第２波長の第２レーザ光を出射する第２レーザ発振器と、第１光学系と、第２光学系と、を少なくとも備え、前記第１光学系は、前記第１レーザ光と前記第２レーザ光とを結合して前記第２光学系に伝送するように構成され、前記第２光学系は、前記第１光学系から出射された前記第１レーザ光を第１集光位置に、前記第１光学系から出射された前記第２レーザ光を第２集光位置にそれぞれ集光するように構成され、前記第１光学系から出射される前記第１レーザ光における光軸と最外側の成分とがなす最大角度θ１は、前記第１光学系から出射される前記第２レーザ光における光軸と最外側の成分とがなす最大角度θ２と異なっていることを特徴とする。
　本開示に係るレーザ加工装置は、前記レーザ装置と、前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光をそれぞれワークに向けて出射するレーザヘッドと、を少なくとも備え、前記第２光学系は、前記レーザヘッドの内部に配置されていることを特徴とする。
　本開示のレーザ装置によれば、第１レーザ光及び第２レーザ光に関し、第１集光位置及び第２集光位置を所望の位置関係に調整することができる。
　本開示のレーザ加工装置によれば、ワークの加工種類に応じて第１集光位置及び第２集光位置の位置関係を調整でき、ワークに対して所望の加工を行うことができる。
図１は、本開示の実施形態１に係るレーザ装置の概略構成図である。 図２は、図１の破線で囲まれた部分の拡大図である。 図３Ａは、第１レーザ発振器と第２レーザ発振器の出力制御の一例である。 図３Ｂは、第１レーザ発振器と第２レーザ発振器の出力制御の一例である。 図４は、一般的な集光レンズの球面収差特性を示す図である。 図５は、第２光学系の色収差特性を示す図である。 図６は、第１光学系の開口数と第１レーザ光及び第２レーザ光の集光位置との関係を示す図である。 図７は、本開示の実施形態１に係る別のレーザ装置の概略構成図である。 図８は、変形例１に係るレーザ装置の概略構成図である。 図９は、変形例２に係るレーザ装置の概略構成図である。 図１０は、本開示の実施形態２に係るレーザ加工装置の概略構成図である。 図１１Ａは、第１レーザ光及び第２レーザ光の集光位置近傍でのビーム形状を示す模式図である。 図１１Ｂは、第１レーザ光及び第２レーザ光の集光位置近傍でのビーム形状を示す模式図である。
　以下、本開示の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。
　（実施形態１）
　［レーザ装置の構成］
　図１は、本実施形態に係るレーザ装置の概略構成図を示し、図２は、図１の破線で囲まれた部分の拡大図を示す。また、図３Ａ及び図３Ｂは、第１レーザ発振器と第２レーザ発振器の出力制御の一例を示す。なお、説明の便宜上、図１において、第１レーザ発振器１及び第２レーザ発振器２と、第１光学系１０及び第２光学系２０の主要部品以外は、図示及び説明を省略する。なお、図１に示すレーザ装置１００は、第１光学系１０や第２光学系２０を収容するための図示しない筐体や第１レーザ発振器１及び第２レーザ発振器２の駆動用電源や第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２の出力を制御する制御部等を備えている。
　図１に示すように、レーザ装置１００は、第１レーザ発振器１と第２レーザ発振器２と第１光学系１０と第２光学系２０とを少なくとも有している。
　第１レーザ発振器１は、第１波長を有する第１レーザ光ＬＢ１を出射し、第２レーザ発振器２は、第２波長を有する第２レーザ光ＬＢ２を出射する。第１波長は第２波長よりも短く、本実施形態では、第１波長は９００ｎｍ程度であり、第２波長は１０００ｎｍ程度である。ただし、特にこれに限定されず、それぞれ適宜別の値を取りうる。
　また、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、第１レーザ光ＬＢ１を出射する期間と、第２レーザ光ＬＢ２を出射する期間とが、全部が重なるか（図３Ａ）、または、一部が重なるように（図３Ｂ）、第１レーザ発振器１と第２レーザ発振器２が、それぞれ制御される。
　第１レーザ発振器１及び第２レーザ発振器２は、それぞれ固体レーザ光源であっても気体レーザ光源であってもよいし、ファイバレーザ光源であってもよい。また、半導体レーザからの出射光を直接に用いる半導体レーザ光源でもよい。また、複数のレーザ光エミッタを備える半導体レーザアレイであってもよい。
　第１光学系１０は、ビーム結合光学素子としての偏光ビームコンバイナ１１と第１集光レンズ１２と光ファイバ１３とを有しており、偏光ビームコンバイナ１１は、板状の光学素子であり、第１レーザ光ＬＢ１を透過する一方、第２レーザ光ＬＢ２を反射するように構成されている。
　偏光ビームコンバイナ１１は、その表面が、第１レーザ発振器１から出射された第１レーザ光ＬＢ１の光軸と第２レーザ発振器２から出射された第２レーザ光ＬＢ２の光軸のそれぞれに対して、４５度をなすように配置されている。また、偏光ビームコンバイナ１１を透過した後の第１レーザ光ＬＢ１の光軸と、偏光ビームコンバイナ１１で反射された後の第２レーザ光ＬＢ２の光軸とが略一致するように、第１レーザ発振器１と第２レーザ発振器２と偏光ビームコンバイナ１１の配置関係が設定されている。このことにより、第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２が同時に出射されると、両者が偏光ビームコンバイナ１１により結合されて、同じ光軸上を通り、第１集光レンズ１２に入射される。
　なお、本願明細書において、「略同じ」や「略一致」とは、レーザ装置１００内の各部品の製造公差や各部品の配置関係の許容公差を含んで同じまたは一致という意味であり、比較対象となる両者が厳密な意味で同じまたは一致していることまでを意味するものではない。
　第１集光レンズ１２は、偏光ビームコンバイナ１１で結合された第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２を集光して、光ファイバ１３のコア（図示せず）に入射させる。光ファイバ１３は、光導波路であるコア（図示せず）をコアよりも屈折率の低い材質のクラッド（図示せず）で覆った光学部材である。光ファイバ１３は、コアに入射された第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２を第２光学系２０に伝送する。
　また、第２レーザ発振器２から第１光学系１０に向かう第２レーザ光ＬＢ２の光路中に拡大光学系３が配置されている。拡大光学系３は、凹レンズ（図示せず）と凸レンズ（図示せず）とをそれぞれ１枚以上有するレンズ群として構成されており、第２レーザ発振器２から出射された第２レーザ光ＬＢ２のビーム径を拡大して、第１光学系１０の偏光ビームコンバイナ１１に入射させる。本実施形態では、偏光ビームコンバイナ１１に入射する第２レーザ光ＬＢ２のビーム径が、偏光ビームコンバイナ１１に入射する第１レーザ光ＬＢ１のビーム径よりも大きくなるように、拡大光学系３の光学特性が設定されている。
　第２光学系２０はコリメートレンズ２１と第２集光レンズ２２とを有しており、コリメートレンズ２１は、光ファイバ１３から出射された第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２を受け取って、それぞれ平行光に変換する。
　第２光学系２０は、第１レーザ光ＬＢ１を第１集光位置ＦＰ１に集光するとともに、第２レーザ光ＬＢ２を第２集光位置ＦＰ２に集光する。なお、光ファイバ１３から第２光学系２０に出射された第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２とは、光軸が略一致している。このため、第１集光位置ＦＰ１と第２集光位置ＦＰ２は、ともに同じ光軸の延長線上に位置している。なお、本願明細書でいう「集光位置」とは、レーザ光のスポット径が最小となる位置をいう。また、第１集光位置ＦＰ１とは、第２光学系２０から出射される第１レーザ光ＬＢ１のスポット径が最小となる位置をいい、第２集光位置ＦＰ２とは、第２光学系２０から出射される第２レーザ光ＬＢ２のスポット径が最小となる位置をいう。
　また、本実施形態では、第２光学系２０の倍率が７倍となるように設定されている。ここいう倍率とは、第２光学系２０に入射されるレーザ光のビーム径と、第２光学系２０から出射されたレーザ光の第２光学系２０の焦点でのビーム径との比である。本実施形態では、光ファイバ１３から出射されたレーザ光のビーム径と、第２集光レンズ２２で集光されたレーザ光の焦点でのビーム径との比であり、前者が１００μｍの場合、後者が７００μｍとなるように設定されている。ただし、特にこの値に限定されず、レーザ装置１００に要求される仕様等に応じて適宜変更されうる。
　ここで、光学系の開口数（ＮＡ）について説明する。光学系に入射した光線、または光学系から出射される光線の光軸と当該光線のうち最も外側を通る成分とがなす角度を最大角度θとし、光学系の周囲に存在する媒質の屈折率をｎとするとき、一般的な定義通り、開口数ＮＡは、式（１）で表される。
　ＮＡ＝ｎ×ｓｉｎθ・・・（１）
　通常、光学系は空気中に配置されるため、屈折率ｎは１とみなせ、ＮＡ＝ｓｉｎθとなる。
　ここで、最大角度θは、単に光学系の形状や光学特性のみに依存するのではなく、レーザ光が光学系を透過する際の有効ビーム径にも依存している点に留意する必要がある。このことについて、図２を用いてさらに説明する。
　図１に示すように、偏光ビームコンバイナ１１に入射する第２レーザ光ＬＢ２のビーム径が、偏光ビームコンバイナ１１に入射する第１レーザ光ＬＢ１のビーム径よりも大きくなっている。これを反映して、図１，２に示すように、第１集光レンズ１２に入射した第２レーザ光ＬＢ２のビーム径は、第１集光レンズ１２に入射した第１レーザ光ＬＢ１のビーム径よりも大きくなっている。また、第１集光レンズ１２は、第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２を、ともに同じ集光位置、この場合は、光ファイバ１３の入射端に集光させるように、光学特性が設定されている。
　したがって、図２から明らかなように、第１集光レンズ１２を透過する第２レーザ光ＬＢ２の最大角度θ２は、第１集光レンズ１２を透過する第１レーザ光ＬＢ１の最大角度θ１よりも大きい。つまり、式（１）から明らかなように、第２レーザ光ＬＢ２に関する第１集光レンズ１２の開口数は、第１レーザ光ＬＢ１に関する第１集光レンズ１２の開口数よりも大きくなる。
　なお、偏光ビームコンバイナ１１は、第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２を屈折させず、また、ビーム径も変更させない。また、光ファイバ１３に入射されたレーザ光の最大角度は、光ファイバ１３から出射される際に、基本的に維持される。よって、図１に示すレーザ装置１００において、第１光学系１０から出射される第２レーザ光ＬＢ２の最大角度θ２は、第１光学系１０から出射される第１レーザ光ＬＢ１の最大角度θ１よりも大きくなっている。言い換えると、第２レーザ光ＬＢ２に関する第１光学系１０の開口数は、第１レーザ光ＬＢ１に関する第１光学系１０の開口数よりも大きくなっているといえる。
　なお、第１集光レンズ１２に入射する第２レーザ光ＬＢ２のビーム径が、第１集光レンズ１２の固有の有効半径、つまり、入射した光線が所定の位置に集光するときの、集光レンズ上での最大ビーム径を超えないようにする必要がある。第２レーザ光ＬＢ２のビーム径が集光レンズの有効半径よりも大きくなると、第２レーザ光ＬＢ２の一部が光ファイバ１３に入射されず、光量ロスになるとともに、レーザ装置１００の内部を損傷させるおそれがあるからである。また、第２レーザ光ＬＢ２に関する第１集光レンズ１２の開口数が、光ファイバ１３の固有の開口数ＮＡｏｆｂを超えないことが好ましい。第２レーザ光ＬＢ２のビーム径を拡げて最大角度θ２を大きくしたとしても、光ファイバ１３から出射された第２レーザ光ＬＢ２の最大角度θ２が、式（２）で表される開口数ＮＡｏｆｂで制限されてしまうからである。
　ＮＡｏｆｂ＝ｓｉｎθｏｆｂ＝（ｎｃｏｒｅ ２－ｎｃｌａｄ ２）１／２　・・・（２）
　ここで、θｏｆｂは、光ファイバ１３から出射される光線の最大角度、ｎｃｏｒｅはコアの屈折率、ｎｃｌａｄはクラッドの屈折率である。
　［第１及び第２光学系の光学特性と第１及び第２集光位置との関係］
　図４は、一般的な集光レンズの球面収差特性を示し、縦軸は、縦収差、つまり、入射光線の光軸からの高さを示し、横軸は、集光レンズに入射した近軸光線の焦点とのずれ量を示す。横軸において、縦軸との交点は、集光レンズに入射した近軸光線の焦点である。
　一般に、集光レンズの形状に起因して、特に、集光レンズが球面状の部分を有することにより、光軸に沿って進む成分とその外側の成分とは同じ位置に集光されないことが多い。このような場合、集光レンズは球面収差を有しているとされる。
　図４において、集光レンズの球面収差特性が、縦軸の左側に位置する曲線で表される場合、集光レンズは、アンダーな球面収差特性を有しているという。集光レンズの球面収差特性がアンダーである場合、集光レンズに入射する光線のうち、光軸から離れた外側の成分は、近軸光線、つまり、光軸近傍を通る光線の焦点よりも集光レンズに近い位置に焦点を結ぶ。
　一方、集光レンズの球面収差特性が、縦軸の右側に位置する曲線で表される場合、集光レンズは、オーバーな球面収差特性を有しているという。集光レンズの球面収差特性がオーバーである場合、集光レンズに入射する光線のうち、光軸から離れた外側の成分は、近軸光線の焦点よりも集光レンズから離れた位置に焦点を結ぶ。本実施形態における第２光学系２０は、アンダーな球面収差特性を有している。
　また、レーザ光の集光位置には、光学系の色収差も関係する。
　図５は、第２光学系の色収差特性を示す。なお、横軸は、光軸上のレーザ光の位置を示し、縦軸は、図４に示すのと同様である。また、横軸における縦軸との交点は、レーザ光の焦点位置に相当する。
　集光レンズが凸レンズの場合、一般に、波長の短い光の方が波長の長い光よりも集光レンズに近い側に集光される。この現象が色収差である。本実施形態に示す第２光学系２０においても、第２集光レンズ２２は凸レンズであるため、図５に示すように、第１レーザ光ＬＢ１は、第２レーザ光ＬＢ２よりもマイナス側、この場合、第２集光レンズ２２に近い側に集光している。図５に示す例では、第１レーザ光ＬＢ１は、第２レーザ光ＬＢ２よりも１０ｍｍ程度、第２集光レンズ２２に近い側に位置している。ただし、この差は、第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２の波長や第２光学系２０の材質や前述した倍率に依存しており、第２光学系２０の仕様等に応じて変化する。
　これらのことを踏まえて、第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２に関する第１光学系１０の開口数と第２光学系２０、特に第２集光レンズ２２の球面収差特性を適切に設定することにより、第１集光位置ＦＰ１と第２集光位置ＦＰ２とが略同じ位置になるようにできたり、または、第１集光位置ＦＰ１と第２集光位置ＦＰ２とを色収差に起因する差よりも遠ざけたりできるようになる。
　図６は、第１光学系の開口数と第１レーザ光及び第２レーザ光の集光位置との関係の一例を示す。
　図６に示すように、同じ開口数であれば、第１レーザ光ＬＢ１の方が第２レーザ光ＬＢ２よりも集光位置が小さくなり、この場合、第２集光レンズ２２に近い側に集光する。また、第１集光位置ＦＰ１と第２集光位置ＦＰ２とが同じ値であれば、第２レーザ光ＬＢ２に関する第１光学系１０の開口数の方が第１レーザ光ＬＢ１に関する第１光学系１０の開口数よりも大きくなる。
　したがって、図１，２に示すように、第２レーザ光ＬＢ２に関する第１光学系１０の開口数を第１レーザ光ＬＢ１に関する第１光学系１０の開口数よりも大きくなるようにすることで、第１集光位置ＦＰ１と第２集光位置ＦＰ２とが略同じ位置となるようにすることができる。図６に示す例では、第１レーザ光ＬＢ１に関する第１光学系１０の開口数を０．０９に、第２レーザ光ＬＢ２に関する第１光学系１０の開口数を０．１０５にそれぞれ設定することで、第１集光位置ＦＰ１と第２集光位置ＦＰ２とが略同じ位置となる。ただし、これらの値は、第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２の波長や第２光学系２０の球面収差特性に応じて適宜変更されうる。
　また、第１レーザ光ＬＢ１に関する第１光学系１０の開口数を第２レーザ光ＬＢ２に関する第１光学系１０の開口数よりも大きくなるようにすることもできる。
　図７は、本実施形態に係る別のレーザ装置の概略構成図を示し、図１と同様の箇所については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
　図７に示すレーザ装置１００は、第１レーザ発振器１と偏光ビームコンバイナ１１との間に拡大光学系３が設けられている点で、図１に示すレーザ装置１００と異なる。このことにより、図７に示すレーザ装置１００では、第１集光レンズ１２に入射される第１レーザ光ＬＢ１のビーム径が、第１集光レンズ１２に入射される第２レーザ光ＬＢ２のビーム径よりも大きくなっている。また、このようにすることで、第１光学系１０から出射される第１レーザ光ＬＢ１の最大角度θ１は、第１光学系１０から出射される第２レーザ光ＬＢ２の最大角度θ２よりも大きくなる。言い換えると、第１レーザ光ＬＢ１に関する第１光学系１０の開口数は、第２レーザ光ＬＢ２に関する第１光学系１０の開口数よりも大きくなっている。
　図７に示すレーザ装置１００において、第１レーザ光ＬＢ１に関する第１光学系１０の開口数を０．１２に、第２レーザ光ＬＢ２に関する第１光学系１０の開口数を０．０７にそれぞれ設定すると、図６から明らかなように、第１集光位置ＦＰ１と第２集光位置ＦＰ２の差は、３０５－２７５＝３０（ｍｍ）となる。この値は、色収差に起因する値（１０ｍｍ；図５参照）よりも明らかに大きくなっている。
　［効果等］
　以上説明したように、本実施形態に係るレーザ装置１００は、第１波長の第１レーザ光ＬＢ１を出射する第１レーザ発振器１と、第２波長の第２レーザ光ＬＢ２を出射する第２レーザ発振器２と、第１光学系１０と、第２光学系２０と、を少なくとも備えている。
　第１光学系１０は、第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２とを結合して第２光学系２０に伝送するように構成され、第２光学系２０は、第１光学系１０から出射された第１レーザ光ＬＢ１を第１集光位置ＦＰ１に、第１光学系１０から出射された第２レーザ光ＬＢ２を第２集光位置ＦＰ２にそれぞれ集光するように構成されている。
　第１光学系１０から出射される第１レーザ光ＬＢ１における光軸と最外側の成分とがなす最大角度θ１は、第１光学系１０から出射される第２レーザ光ＬＢ２における光軸と最外側の成分とがなす最大角度θ２と異なっている。言い換えると、第１レーザ光ＬＢ１に関する第１光学系１０の開口数は、第２レーザ光ＬＢ２に関する第１光学系１０の開口数と異なっている。
　本実施形態によれば、第２光学系２０から出射された第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２に関し、第１集光位置ＦＰ１及び第２集光位置ＦＰ２を所望の位置関係に調整することができる。
　また、本実施形態に係るレーザ装置１００では、第１光学系１０に入射される第１レーザ光ＬＢ１のビーム径は、第１光学系１０に入射される第２レーザ光ＬＢ２のビーム径と異なっている。
　このようにすることで、第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２のそれぞれに関し、簡便に第１光学系１０の開口数を互いに異なるようにできる。
　第１光学系１０は、ビーム結合光学素子である偏光ビームコンバイナ１１と、第１集光レンズ１２と、光ファイバ１３と、を少なくとも有している。偏光ビームコンバイナ１１は、第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２とを結合し、第１集光レンズ１２は、結合された第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２を集光して、光ファイバ１３に入射するように、光ファイバ１３は、第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２を第２光学系２０に伝送するように、それぞれ構成されている。
　第２光学系２０は、コリメートレンズ２１と、第２集光レンズ２２と、を少なくとも有している。コリメートレンズ２１は、光ファイバ１３から出射された第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２をそれぞれ平行光に変換するように構成されている。第２集光レンズ２２は、コリメートレンズ２１を通過した第１レーザ光ＬＢ１を第１集光位置ＦＰ１に、コリメートレンズ２１を通過した第２レーザ光ＬＢ２を第２集光位置ＦＰ２にそれぞれ集光するように構成されている。
　このようにすることで、第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２をそれぞれ簡便に第１集光位置ＦＰ１及び第２集光位置ＦＰ２に集光させることができる。
　第１波長は第２波長よりも短く、かつ第２光学系２０の球面収差特性がアンダーである場合、第１光学系１０及び第２光学系２０は、第１集光位置ＦＰ１と第２集光位置ＦＰ２とが同じ位置となるように構成されている。
　この場合、最大角度θ２が最大角度θ１よりも大きくなるように設定される。また、この関係を満たすために、第１光学系１０に入射される第２レーザ光ＬＢ２のビーム径が第１光学系１０に入射される第１レーザ光ＬＢ１のビーム径よりも大きくなるように設定される。
　このようにすることで、第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２とを同じ位置に集光でき、第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２との結合光を１つのレーザ光としてみたときに、集光位置でのレーザ光密度を高められる（図１１Ａ参照）。
　第１波長は第２波長よりも短く、かつ第２光学系２０の球面収差特性がアンダーである場合、第１光学系１０及び第２光学系２０は、第２集光位置ＦＰ２と第１集光位置ＦＰ１との差が、第２光学系２０の色収差に起因する値よりも大きくなるように構成されていてもよい。
　この場合、最大角度θ１が最大角度θ２よりも大きくなるように設定される。また、この関係を満たすために、第１光学系１０に入射される第１レーザ光ＬＢ１のビーム径が第１光学系１０に入射される第２レーザ光ＬＢ２のビーム径よりも大きくなるように設定される。
　このようにすることで、第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２との結合光を１本のレーザ光としてみた場合、そのレーザ光のレイリー長を長く取ることができる（図１１Ｂ参照）。
　＜変形例１＞
　図８は、本変形例に係るレーザ装置の概略構成図を示し、図１と同様の箇所については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
　図８に示すレーザ装置１００が、図１に示すレーザ装置１００と異なる点は、以下の通りである。まず、第２レーザ発振器２と偏光ビームコンバイナ１１との間に拡大光学系３が設けられていない。次に、第２レーザ発振器２から出射された第２レーザ光ＬＢ２の光軸と偏光ビームコンバイナ１１の表面とがなす角度が４５度から傾いている。本変形例では、この傾き角度は２度程度であるが時にこれに限定されない。
　このように、第２レーザ光ＬＢ２の光軸を図１に示す場合と比べて所定の角度傾けることで、図８に示すように、第２レーザ光ＬＢ２のうち、最外側の光線は、第１レーザ光ＬＢ１の最外側の光線よりも第１集光レンズ１２の中心から離れた位置に入射される。このことにより、第１集光レンズ１２を透過して光ファイバ１３に入射される第２レーザ光ＬＢ２の最大角度θ２を、第１集光レンズ１２を透過して光ファイバ１３に入射される第１レーザ光ＬＢ１の最大角度θ１よりも大きくすることができる。つまり、第２レーザ光ＬＢ２に関する第１光学系１０の開口数を、第１レーザ光ＬＢ１に関する第１光学系１０の開口数よりも大きくすることができる。
　なお、図８から明らかなように、偏光ビームコンバイナ１１から第１集光レンズ１２に向かい、光ファイバ１３に入射される第１レーザの光軸は、偏光ビームコンバイナ１１から第１集光レンズ１２に向かい、光ファイバ１３に入射される第２レーザの光軸と異なっており、前述の傾き角度（２度程度）だけずれている。
　本変形例によれば、図１に示すのと同様に、第１集光位置ＦＰ１と第２集光位置ＦＰ２とが略同じ位置に来るようにすることができる。このことにより、第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２との結合光を１つのレーザ光としてみたときに、集光位置でのレーザ光密度を高められる（図１１Ａ参照）。
　なお、第１レーザ発振器１から出射された第１レーザ光ＬＢ１の光軸と偏光ビームコンバイナ１１の表面とがなす角度が４５度から所定の角度傾かせることで、第１集光レンズ１２を透過して光ファイバ１３に入射される第１レーザ光ＬＢ１の最大角度θ１を、第１集光レンズ１２を透過して光ファイバ１３に入射される第２レーザ光ＬＢ２の最大角度θ２よりも大きくすることができる。つまり、第１レーザ光ＬＢ１に関する第１光学系１０の開口数を、第２レーザ光ＬＢ２に関する第１光学系１０の開口数よりも大きくすることができることはいうまでもない。
　このようにすることで、第１集光位置ＦＰ１と第２集光位置ＦＰ２とを遠ざけることができ、また、その差を色収差に起因した差よりも大きくすることができる。このことにより、第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２との結合光を１本のレーザ光としてみた場合、そのレーザ光のレイリー長を長く取ることができる（図１１Ｂ参照）。
　＜変形例２＞
　図９は、本変形例に係るレーザ装置の概略構成図を示し、図１と同様の箇所については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
　図９に示すレーザ装置１００が、図１に示すレーザ装置１００と異なる点は、以下の通りである。まず、第２レーザ発振器２と偏光ビームコンバイナ１１との間に拡大光学系３が設けられていない。次に、第２光学系２０が第１ミラー２３と第２ミラー２４と第３集光レンズ２５とで構成されている。第１ミラー２３及び第２ミラー２４は、いわゆるガルバノミラーである。
　第１ミラー２３は、図示しないモータに連結され、モータの駆動により、第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２を反射するとともに図９に示すＸ方向に沿って走査する。第２ミラー２４は、図示しない別のモータに連結され、別のモータの駆動により、第１ミラー２３で反射された第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２をそれぞれ、さらに反射するとともに図９に示すＹ方向に沿って走査する。
　第３集光レンズ２５は、第２ミラー２４で反射された第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２を受け取って、第１集光位置ＦＰ１及び第２集光位置ＦＰ２にそれぞれ集光させる。
　なお、第３集光レンズ２５として、ｆθレンズを用いてもよい。ｆθレンズは、入射したレーザ光をその放射角に対応した高さのスポット径に変換する機能、言い換えると、レーザ光の放射角分布を位置分布に変換する機能を有するレンズである。
　つまり、本変形例の第２光学系２０は、第１光学系１０から出射された第１レーザ光ＬＢ１を反射して、所定の方向に沿って走査するとともに、第１集光位置ＦＰ１に集光させるように構成されている。また、第１光学系１０から出射された第２レーザ光ＬＢ２を反射して、所定の方向に沿って走査するとともに、第２集光位置ＦＰ２に集光させるように構成されている。
　第２光学系２０をこのように構成してもよく、第３集光レンズ２５に予めアンダーな球面収差特性を持たせることで、実施形態１に示すのと同様の集光位置に、第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２をそれぞれ集光させることができる。
　本変形例によれば、図１や図７に示す実施形態１の構成が奏するのと同様の効果を奏することができる。すなわち、第１集光位置ＦＰ１と第２集光位置ＦＰ２とが略同じ位置に来るようにすることで、第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２との結合光を１つのレーザ光としてみたときに、集光位置でのレーザ光密度を高められる（図１１Ａ参照）。
　また、第１レーザ光ＬＢ１に関する第１光学系１０の開口数を、第２レーザ光ＬＢ２に関する第１光学系１０の開口数よりも大きくすることで、第１集光位置ＦＰ１と第２集光位置ＦＰ２とを遠ざけることができ、その差を色収差に起因した差よりも大きくすることができる。このことにより、第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２との結合光を１本のレーザ光としてみた場合、そのレーザ光のレイリー長を長く取ることができる（図１１Ｂ参照）。
　（実施形態２）
　図１０は、本実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成図を示し、図１１Ａ及び図１１Ｂは、第１レーザ光及び第２レーザ光の集光位置近傍でのビーム形状を示す。なお、説明の便宜上、図１０において、実施形態１と同様の箇所については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
　図１０に示すように、レーザ加工装置２００は、第１レーザ発振器１と第２レーザ発振器２とビーム結合器２１０とレーザヘッド２３０とを有しており、第１レーザ発振器１と第２レーザ発振器２は図１に示すのと同様の構成である。よって、図示しないが、レーザ加工装置２００は、第１レーザ発振器１及び第２レーザ発振器２をそれぞれ駆動する電源や、電源の出力を制御することで第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２の出力を制御する制御部を有している。
　ビーム結合器２１０は、第１筐体２２０の内部に偏光ビームコンバイナ１１と第１集光レンズ１２とを有した構成であり、第１筐体２２０には、第１レーザ発振器１から出射された第１レーザ光ＬＢ１を透過させる第１窓２２１と第２レーザ発振器２から出射された第２レーザ光ＬＢ２を透過させる第２窓２２２と光ファイバ１３と接続するための第１接続口２２３とが設けられている。第１筐体２２０の第１接続口２２３とレーザヘッド２３０の第２筐体２４０の第２接続口２４１とが光ファイバ１３により接続されている。
　第１窓２２１を透過した第１レーザ光ＬＢ１と第２窓２２２を透過した第２レーザ光ＬＢ２とが偏光ビームコンバイナ１１により、光軸が略一致するように結合され、第１集光レンズ１２に入射される。第１集光レンズ１２で集光された第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２は、光ファイバ１３の端部が接続された第１接続口２２３に向けてそれぞれ集光される。
　なお、ビーム結合器２１０に他の光学部品が配置されていてもよい。例えば、拡大光学系３が第１筐体２２０の内部に設けられていてもよい。
　レーザヘッド２３０は、第２筐体２４０の内部に第２光学系２０を有した構成であり、第２筐体２４０の第２接続口２４１に接続された光ファイバ１３から出射された第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２が、第２光学系２０でそれぞれ所定の変換を受けて、第２筐体２４０の出射口２４２よりワーク３００に向けて出射される。具体的には、第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２は、コリメートレンズ２１でそれぞれ平行光に変換され、さらに第２集光レンズ２２により、第１集光位置ＦＰ１と第２集光位置ＦＰ２にそれぞれ集光される。なお、出射口２４２には、レーザヘッド２３０の内部にヒューム等が入り込まないように保護ガラス２５０が設けられている。
　本実施形態によれば、ワーク３００の加工種類に応じて、第１集光位置ＦＰ１及び第２集光位置ＦＰ２の位置関係を簡便に調整できる。特に、ワーク３００に第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２が同時に照射されることで、ワーク３００に対して所望の加工を行うことができる。図１１Ａに示すように、第１集光位置ＦＰ１と第２集光位置ＦＰ２とが同じ位置に来るようにすることで、ワーク３００の表面におけるレーザ光密度が高められ、例えば、穴あけ加工や切断加工を高速に行うことができる。
　また、図１１Ｂに示すように、第１集光位置ＦＰ１を第２集光位置ＦＰ２から遠ざかるようにすることで、第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２との結合光を１本のレーザ光としてみた場合、そのレーザ光のレイリー長を長く取れ、ワーク３００の厚さばらつきに対する加工裕度を確保できる。また、レーザヘッド２３０を移動させて加工する場合、レーザヘッド２３０の動きのばらつきに対する加工裕度を確保できる。これらのことにより、例えば、アスペクト比の高い穴あけ加工や溶接等において、形状の安定性を確保できる。
　また、ワーク３００の光吸収率はワーク３００の材質や温度によって異なるため、例えば、レーザ光の照射初期に、波長の長い第２レーザ光ＬＢ２がワーク３００に十分に吸収されず、所望の加工を行えないことがある。このような場合に、ワーク３００に対する光吸収率が高い第１レーザ光ＬＢ１を同時に照射することで、ワーク３００を加熱して第１レーザ光ＬＢ１の光吸収率を高め、所望のレーザ加工を行えるようにする手法もある。このとき、第２集光位置ＦＰ２をワーク３００の表面近傍に設定する一方、第１集光位置ＦＰ１を第２集光位置ＦＰ２から色収差に起因する値よりも遠ざけるようにし、また、第１レーザ光ＬＢ１の出力を適切に調整すると、第１レーザ光ＬＢ１をワーク３００の加熱用のみに使用できる。つまり、加工自体は第２レーザ光ＬＢ２で行い、そのアシストのためにワーク３００の加熱用として第１レーザ光ＬＢ１を用いる。このようにすることで、高速にかつ精度の高いレーザ加工を行うことができる。
　以上説明したように、レーザ加工装置２００に使用するレーザ装置１００において、波長が互いに異なる第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２に関し、第１光学系１０の開口数を互いに異なるようにすることで、要求される仕様や精度に応じたレーザ加工を行うことができる。
　また、第２光学系２０が光ファイバ１３に接続されたレーザヘッド２３０の内部に配置されているため、ワーク３００の形状に応じてレーザヘッド２３０を移動させても、第１レーザ光ＬＢ１や第２レーザ光ＬＢ２の光軸に対する最大角度θ１，θ２が変化することなく、所望の集光位置に第１レーザ光ＬＢ１や第２レーザ光ＬＢ２を集光させることができる。なお、レーザヘッド２３０は、図示しないロボットアームに取り付けられていてもよい。ロボットアームの先端が所定の軌跡を描くように移動させることで、ワーク３００に対して所定の軌跡に沿ってレーザ加工を行うことができる。
　（その他の実施形態）
　各実施形態や変形例に示す各構成要素を適宜組み合わせて新たな実施形態とすることもできる。例えば、変形例１，２に示すレーザ装置１００を実施形態２に示すレーザ加工装置２００に適用することも可能である。
　また、図１において、拡大光学系３を設ける代わりに、第１レーザ発振器１と偏光ビームコンバイナ１１との間に、第１レーザ光ＬＢ１のビーム径を縮小させる縮小光学系を設けてもよい。同様に、図７において、拡大光学系３を設ける代わりに、第２レーザ発振器２と偏光ビームコンバイナ１１との間に、第２レーザ光ＬＢ２のビーム径を縮小させる縮小光学系を設けてもよい。
　なお、実施形態１，２及び変形例１，２において、第２光学系２０の球面収差特性がアンダーである場合を例にとって示したが、第２光学系２０の球面収差特性がオーバーな傾向であってもよい。この場合、開口数と集光位置との関係は反転する。つまり、第１光学系１０から出射される第２レーザ光ＬＢ２の最大角度θ２が、第１光学系１０から出射される第１レーザ光ＬＢ１の最大角度θ１よりも大きくなるようにすることで、言い換えると、第２レーザ光ＬＢ２に関する第１光学系１０の開口数が、第１レーザ光ＬＢ１に関する第１光学系１０の開口数よりも大きくなるようにすることで、第１集光位置ＦＰ１と第２集光位置ＦＰ２とを遠ざけることができる。かつ、その差を、色収差に起因した値よりも大きくすることができる。このことにより、第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２との結合光を１本のレーザ光としてみた場合、そのレーザ光のレイリー長を長く取ることができる。
　また、第１光学系１０から出射される第１レーザ光ＬＢ１の最大角度θ１が、第１光学系１０から出射される第２レーザ光ＬＢ２の最大角度θ２よりも大きくなるようにすることで、言い換えると、第１レーザ光ＬＢ１に関する第１光学系１０の開口数が、第２レーザ光ＬＢ２に関する第１光学系１０の開口数よりも大きくなるようにすることで、第１集光位置ＦＰ１と第２集光位置ＦＰ２とが略同じ位置に来るようにすることができる。このことにより、第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２との結合光を１つのレーザ光としてみたときに、集光位置でのレーザ光密度を高められる。
　また、変形例２に示すレーザ装置１００において、第１ミラー２３の前段にコリメートレンズ２１を備えるようにしてもよい、また、第１ミラー２３または第２ミラー２４のいずれか一方のみを備えるようにしてもよい。
　本開示のレーザ装置は、簡便な構成で波長の異なる２つのレーザ光の集光位置を調整可能であるため、例えば、レーザ加工装置に適用する上で有用である。
１　　　第１レーザ発振器
２　　　第２レーザ発振器
３　　　拡大光学系
１０　　第１光学系
１１　　偏光ビームコンバイナ（ビーム結合素子）
１２　　第１集光レンズ
１３　　光ファイバ
２０　　第２光学系
２１　　コリメートレンズ
２２　　第２集光レンズ
２３　　第１ミラー
２４　　第２ミラー
２５　　第３集光レンズ
１００　レーザ装置
２００　レーザ加工装置
２１０　ビーム結合器
２２０　第１筐体
２２１　第１窓
２２２　第２窓
２２３　第１接続口
２３０　レーザヘッド
２４０　第２筐体
２４１　第２接続口
２４２　出射口
２５０　保護ガラス
ＬＢ１　第１レーザ光
ＬＢ２　第２レーザ光
ＦＰ１　第１集光位置
ＦＰ２　第２集光位置

Claims (12)

  1. 　第１波長の第１レーザ光を出射する第１レーザ発振器と、
    　第２波長の第２レーザ光を出射する第２レーザ発振器と、
    　第１光学系と、
    　第２光学系と、を少なくとも備え、
    　前記第１光学系は、前記第１レーザ光と前記第２レーザ光とを結合して前記第２光学系に伝送するように構成され、
    　前記第２光学系は、前記第１光学系から出射された前記第１レーザ光を第１集光位置に、前記第１光学系から出射された前記第２レーザ光を第２集光位置にそれぞれ集光するように構成され、
    　前記第１光学系から出射される前記第１レーザ光における光軸と最外側の成分とがなす最大角度θ１は、前記第１光学系から出射される前記第２レーザ光における光軸と最外側の成分とがなす最大角度θ２と異なっていることを特徴とするレーザ装置。
  2. 　請求項１に記載のレーザ装置において、
    　前記第１光学系に入射される前記第１レーザ光のビーム径は、前記第１光学系に入射される前記第２レーザ光のビーム径と異なっていることを特徴とするレーザ装置。
  3. 　請求項１に記載のレーザ装置において、
    　前記第１光学系は、前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光をそれぞれ前記第２光学系に伝送する光ファイバを少なくとも有しており、
    　前記光ファイバに入射される前記第１レーザ光の光軸は、前記光ファイバに入射される前記第２レーザ光の光軸と異なっていることを特徴とするレーザ装置。
  4. 　請求項１ないし３のいずれか１項に記載のレーザ装置において、
    　前記第１波長は、前記第２波長よりも短く、かつ前記第２光学系の球面収差特性がアンダーである場合、
    　前記第１光学系及び前記第２光学系は、前記第１集光位置と前記第２集光位置とが同じ位置となるように構成されていることを特徴とするレーザ装置。
  5. 　請求項１ないし３のいずれか１項に記載のレーザ装置において、
    　前記第１波長は、前記第２波長よりも短く、かつ前記第２光学系の球面収差特性がアンダーである場合、
    　前記第１光学系及び前記第２光学系は、前記第２集光位置と前記第１集光位置との差が、前記第２光学系の色収差に起因する値よりも大きくなるように構成されていることを特徴とするレーザ装置。
  6. 　請求項１ないし３のいずれか１項に記載のレーザ装置において、
    　前記第１波長は、前記第２波長よりも短く、かつ前記第２光学系の球面収差特性がオーバーである場合、
    　前記第１光学系及び前記第２光学系は、前記第１集光位置と前記第２集光位置とが同じ位置となるように構成されていることを特徴とするレーザ装置。
  7. 　請求項１ないし３のいずれか１項に記載のレーザ装置において、
    　前記第１波長は、前記第２波長よりも短く、かつ前記第２光学系の球面収差特性がオーバーである場合、
    　前記第１光学系及び前記第２光学系は、前記第２集光位置と前記第１集光位置との差が、前記第２光学系の色収差に起因する値よりも大きくなるように構成されていることを特徴とするレーザ装置。
  8. 　請求項１ないし７のいずれか１項に記載のレーザ装置において、
    　前記第１光学系は、ビーム結合光学素子と、第１集光レンズと、光ファイバと、を少なくとも有しており、
    　前記ビーム結合光学素子は、前記第１レーザ光と前記第２レーザ光とを結合し、
    　前記第１集光レンズは、結合された前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光を集光して、前記光ファイバに入射させ、
    　前記光ファイバは、前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光を前記第２光学系に伝送し、
    　前記第２光学系は、コリメートレンズと第２集光レンズとを少なくとも有しており、
    　前記コリメートレンズは、前記光ファイバから出射された前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光をそれぞれ平行光に変換し、
    　前記第２集光レンズは、前記コリメートレンズを通過した前記第１レーザ光を前記第１集光位置に、前記コリメートレンズを通過した前記第２レーザ光を前記第２集光位置に、それぞれ集光することを特徴とするレーザ装置。
  9. 　請求項１ないし７のいずれか１項に記載のレーザ装置において、
    　前記第１光学系は、ビーム結合光学素子と、第１集光レンズと、光ファイバと、を少なくとも有しており、
    　前記ビーム結合光学素子は、前記第１レーザ光と前記第２レーザ光とを結合し、
    　　前記第１集光レンズは、結合された前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光を集光して、前記光ファイバに入射させ、
    　前記光ファイバは、前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光を前記第２光学系に伝送し、
    　前記第２光学系は、ガルバノミラーと第３集光レンズとを少なくとも有しており、
    　前記ガルバノミラーは、前記光ファイバから出射された前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光をそれぞれ反射するとともに、所定の方向に沿って走査し、
    　前記第３集光レンズは、前記ガルバノミラーで反射された前記第１レーザ光を前記第１集光位置に、前記ガルバノミラーで反射された前記第２レーザ光を前記第２集光位置に、それぞれ集光することを特徴とするレーザ装置。
  10. 　請求項８または９に記載のレーザ装置において、
    　前記ビーム結合光学素子は、前記第１レーザ光と前記第２レーザ光とを結合する偏光ビームコンバイナであることを特徴とするレーザ装置。
  11. 　請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のレーザ装置において、
    　前記第１レーザ発振器から前記第１レーザ光が出射される期間は、前記第２レーザ発振器から前記第２レーザ光が出射される期間と全部または一部が重なっていることを特徴とするレーザ装置。
  12. 　請求項１ないし１１のいずれか１項に記載のレーザ装置と、
    　前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光をそれぞれワークに向けて出射するレーザヘッドと、を少なくとも備え、
    　前記第２光学系は、前記レーザヘッドの内部に配置されていることを特徴とするレーザ加工装置。
PCT/JP2020/048899 2020-01-15 2020-12-25 レーザ装置及びそれを用いたレーザ加工装置 WO2021145205A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021571130A JPWO2021145205A1 (ja) 2020-01-15 2020-12-25
US17/810,841 US20220334367A1 (en) 2020-01-15 2022-07-06 Laser device, and laser processing device in which same is used

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020-004770 2020-01-15
JP2020004770 2020-01-15

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US17/810,841 Continuation US20220334367A1 (en) 2020-01-15 2022-07-06 Laser device, and laser processing device in which same is used

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021145205A1 true WO2021145205A1 (ja) 2021-07-22

Family

ID=76863733

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2020/048899 WO2021145205A1 (ja) 2020-01-15 2020-12-25 レーザ装置及びそれを用いたレーザ加工装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20220334367A1 (ja)
JP (1) JPWO2021145205A1 (ja)
WO (1) WO2021145205A1 (ja)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003344802A (ja) * 2002-05-23 2003-12-03 Toshiba Corp レーザ照射装置
JP2008036641A (ja) * 2006-08-01 2008-02-21 Laser System:Kk レーザ加工装置およびレーザ加工方法
JP2009050869A (ja) * 2007-08-24 2009-03-12 Laser Net Kk レーザ加工方法及びレーザ加工装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003344802A (ja) * 2002-05-23 2003-12-03 Toshiba Corp レーザ照射装置
JP2008036641A (ja) * 2006-08-01 2008-02-21 Laser System:Kk レーザ加工装置およびレーザ加工方法
JP2009050869A (ja) * 2007-08-24 2009-03-12 Laser Net Kk レーザ加工方法及びレーザ加工装置

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2021145205A1 (ja) 2021-07-22
US20220334367A1 (en) 2022-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6796142B2 (ja) 可変レーザビームプロファイルのための光ファイバ構造および方法
JP2720811B2 (ja) レーザ集光方法及び装置
JP2020515878A (ja) 電力送達およびビーム切り替えのためのファイバ束を利用するレーザシステム
US20230333339A1 (en) Material processing utilizing high-frequency beam shaping
JPH07281053A (ja) ファイバ光結合装置
JPWO2019176502A1 (ja) レーザ発振器、それを用いたレーザ加工装置及びレーザ発振方法
JP7098696B2 (ja) 可変ビーム形状を有するレーザを利用する材料処理
JP5184775B2 (ja) 光加工装置
US9566752B2 (en) Methods of forming a TIR optical fiber lens
WO2021145358A1 (ja) レーザ加工装置
CN110036320B (zh) 光纤耦合装置
WO2021145205A1 (ja) レーザ装置及びそれを用いたレーザ加工装置
JP2000275568A (ja) ビームモード変換光学系
JP5070719B2 (ja) レーザ溶接装置およびレーザ焦点位置調整方法
WO2021157546A1 (ja) レーザ加工装置
JP4991588B2 (ja) 集光光学系および光加工装置
JP2019058912A (ja) レーザ加工ヘッド及びそれを備えたレーザ加工装置
JP6035304B2 (ja) ダイレクトダイオードレーザ加工装置及びこれを用いた板金の加工方法
KR101641743B1 (ko) 초음파의 레이저 발생을 위한 블록-단말 광섬유
KR20170143119A (ko) 레이저 절단 헤드를 위한 광학 집속 시스템 및 이를 포함하는 레이저 절단 헤드
JP7377932B1 (ja) ビーム結合装置及びレーザ加工機
WO2023275979A1 (ja) 加工ヘッド及び付加製造装置
JP6949289B1 (ja) レーザ装置
US20230402807A1 (en) Fiber-coupled laser systems with controllable beam shapes
JP4788546B2 (ja) 光モジュール

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20913219

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021571130

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20913219

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1