WO2024013986A1 - レーザ加工ヘッドおよびレーザ加工機 - Google Patents

レーザ加工ヘッドおよびレーザ加工機 Download PDF

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WO2024013986A1
WO2024013986A1 PCT/JP2022/027883 JP2022027883W WO2024013986A1 WO 2024013986 A1 WO2024013986 A1 WO 2024013986A1 JP 2022027883 W JP2022027883 W JP 2022027883W WO 2024013986 A1 WO2024013986 A1 WO 2024013986A1
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WO
WIPO (PCT)
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lens group
laser processing
processing head
optical element
laser
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/027883
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English (en)
French (fr)
Inventor
陽子 井上
正記 瀬口
友博 京藤
千豊 加藤
彰倫 西尾
本敏 熊岡
Original Assignee
三菱電機株式会社
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.)
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Publication date
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Priority to JP2022574590A priority patent/JP7224566B1/ja
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    • 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
    • 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
    • B23K26/073—Shaping the laser spot

Definitions

  • the present disclosure relates to a laser processing head and a laser processing machine that emit laser light.
  • Laser processing using laser light is expected to be able to process workpieces of various materials or thicknesses with high quality or with high efficiency.
  • laser processing machines are required to appropriately control the beam diameter of the laser beam at the focusing position, or the beam mode, which is the intensity distribution of the laser beam in the cross section of the laser beam.
  • the beam mode which is the intensity distribution of the laser beam in the cross section of the laser beam.
  • it is required to form a laser beam with high intensity at the outer edge of the laser beam, that is, a so-called ring-shaped beam mode laser beam, and to increase the beam diameter.
  • Patent Document 1 discloses a laser processing machine that includes two axicon lenses and a movement mechanism that moves each axicon lens in the optical axis direction, and switches the beam mode by changing the distance between each axicon lens. is disclosed.
  • the laser beam diverged from the light emitting part in the laser processing head passes through two axicon lenses and a condensing lens, and the transfer position of the image of the light emitting part is on the surface of the workpiece. or its vicinity.
  • a ring-shaped beam mode is obtained at a position away from the transfer position in the optical axis direction, but a ring-shaped beam mode is not obtained at the transfer position.
  • in order to increase the beam diameter in a ring-shaped beam mode it is necessary to largely shift the position of the workpiece from the transfer position. By largely shifting the position of the workpiece from the transfer position, the edge of the laser beam on the workpiece becomes blurred, resulting in a decrease in processing quality. For this reason, the conventional technique described in Patent Document 1 has a problem in that it is difficult to realize high-quality processing by converting the beam mode.
  • the present disclosure has been made in view of the above, and aims to provide a laser processing head that can realize high-quality processing by converting beam modes.
  • a laser processing head includes a first lens group into which diverging laser light from a light emitting part enters and focuses the laser light; A second lens group through which the laser beam that has passed through the lens group propagates; and a second lens group through which the laser beam that has passed through the second lens group propagates to form an image of the light emitting section at the transfer position.
  • a third lens group constituted together with the lens group, a fourth lens group into which the laser beam that has passed through the third lens group enters and focuses the laser beam, and a first lens group and a second lens group.
  • a light flux conversion optical element that converts the beam mode of the laser beam
  • a first moving mechanism that moves the first lens group in the optical axis direction
  • a third lens group that moves the third lens group along the optical axis.
  • a second moving mechanism for moving in the direction.
  • the laser processing head according to the present disclosure has the effect of being able to realize high-quality processing by converting the beam mode.
  • Diagram for explaining the operation of the laser processing head according to the first embodiment A diagram showing a configuration of a laser processing head according to Embodiment 1 and a configuration according to a first comparative example of Embodiment 1.
  • a diagram showing a configuration according to a second comparative example of Embodiment 1 A diagram showing an example of changing the distance from the light emitting part to the transfer position by the laser processing head according to the first embodiment.
  • a second diagram for explaining the operation of the laser processing head according to the second embodiment A diagram showing a configuration example of a laser processing machine according to Embodiment 3 A diagram showing a configuration example of a control circuit according to Embodiment 1 or 2. A diagram showing a configuration example of a dedicated hardware circuit according to Embodiment 1 or 2.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a laser processing head 1A according to the first embodiment.
  • the laser processing head 1A is provided in a laser processing machine.
  • the laser processing head 1A emits a laser beam toward the workpiece 5.
  • the workpiece 5 is a metal plate.
  • the workpiece 5 is made of a metal material such as iron, stainless steel, or brass. Note that the material of the workpiece 5 and the shape of the workpiece 5 are not limited to those described in the first embodiment.
  • the transmission cable 2 is a transmission path for laser light from the light source to the laser processing head 1A.
  • the transmission cable 2 is, for example, an optical fiber.
  • illustration of the light source is omitted.
  • the laser processing head 1A includes a housing 16 that constitutes an outer shell of the laser processing head 1A.
  • FIG. 1 schematically represents the configuration accommodated inside the housing 16.
  • a light emitting section 3, which is an emitting end of the transmission cable 2 is connected to the inside of the casing 16. The laser light propagated through the transmission cable 2 enters the inside of the casing 16.
  • the laser processing head 1A includes a first lens group 11, a second lens group 12, a third lens group 13, a fourth lens group 14, and a light flux conversion optical element 15.
  • the first lens group 11 , the second lens group 12 , the third lens group 13 , the fourth lens group 14 , and the light flux conversion optical element 15 are housed inside the housing 16 .
  • the first lens group 11, the second lens group 12, the third lens group 13, and the fourth lens group 14 constitute a transfer optical system 10 that transfers the image of the light output section 3.
  • the light flux conversion optical element 15 is also included in the components of the transfer optical system 10.
  • the first lens group 11 is a lens group with positive power.
  • the first lens group 11 receives laser light diverging from the light emitting section 3 and focuses the laser light.
  • the second lens group 12 is a lens group with positive power. The laser light that has passed through the first lens group 11 propagates to the second lens group 12 .
  • the third lens group 13 is a lens group with negative power.
  • the laser light that has passed through the second lens group 12 propagates to the third lens group 13 .
  • the second lens group 12 and the third lens group 13 constitute a lens group that forms an image of the light emitting section 3 at the transfer position.
  • the fourth lens group 14 is a lens group with positive power.
  • the fourth lens group 14 receives the laser light that has passed through the third lens group 13 and focuses the laser light.
  • the laser light that has passed through the fourth lens group 14 is emitted to the outside of the housing 16.
  • the light flux conversion optical element 15 is arranged on the optical axis between the first lens group 11 and the second lens group 12.
  • the optical axis is the optical axis of the transfer optical system 10.
  • the light flux conversion optical element 15 converts the beam mode of the laser beam.
  • the light flux conversion optical element 15 is an axicon lens.
  • An axicon lens has a conical surface, which is a conical convex surface, and a flat surface on the opposite side of the conical surface.
  • the light flux conversion optical element 15 converts the Gaussian beam into a ring-shaped beam.
  • the laser processing head 1A generates a ring-shaped beam mode at the transfer position or in the vicinity of the transfer position by disposing the light flux conversion optical element 15 on the optical axis. In the example shown in FIG. 1, it is assumed that the transfer position coincides with the position on the workpiece 5.
  • the laser processing head 1A includes a first moving mechanism 17 and a second moving mechanism 18.
  • the first moving mechanism 17 moves the first lens group 11 in the optical axis direction.
  • the second moving mechanism 18 moves the third lens group 13 in the optical axis direction.
  • the control device 4 controls the entire laser processing machine including the laser processing head 1A.
  • the control device 4 sends control signals to each of the first moving mechanism 17 and the second moving mechanism 18.
  • the first moving mechanism 17 moves the first lens group 11 according to a control signal.
  • the second moving mechanism 18 moves the third lens group 13 according to the control signal.
  • the control device 4 controls the first moving mechanism 17 and the second moving mechanism 18 by sending control signals to each of the first moving mechanism 17 and the second moving mechanism 18.
  • each of the first lens group 11, the second lens group 12, the third lens group 13, and the fourth lens group 14 is shown as a single lens.
  • Each of the first lens group 11, second lens group 12, third lens group 13, and fourth lens group 14 is not limited to a single lens, but may be composed of a plurality of lenses. Also good. It is assumed that the number of lenses in each of the first lens group 11, second lens group 12, third lens group 13, and fourth lens group 14 is arbitrary.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the laser processing head 1A according to the first embodiment.
  • FIG. 2 shows how each of the first lens group 11 and the third lens group 13 is moved in the optical axis direction.
  • the main configuration of the laser processing head 1A is illustrated, and illustration of other configurations of the laser processing head 1A is omitted.
  • the state shown on the left side of FIG. 2 is referred to as the first state.
  • the state shown on the right side of FIG. 2 is referred to as a second state.
  • the first state the first lens group 11 is moved toward the light emitting section 3, and the third lens group 13 is moved toward the fourth lens group 14. That is, the first state is a state in which the first lens group 11 and the third lens group 13 have moved away from each other.
  • the second state the first lens group 11 is moved toward the second lens group 12, and the third lens group 13 is moved toward the second lens group 12. That is, the second state is a state in which the first lens group 11 and the third lens group 13 move toward each other.
  • the state of the laser processing head 1A is changed between the first state and the second state by the movement of the first lens group 11 by the first movement mechanism 17 and the movement of the third lens group 13 by the second movement mechanism 18. It can be switched to the state.
  • the double-headed arrow shown in FIG. 2 indicates that the state of the laser processing head 1A can be switched between a first state and a second state.
  • Beam mode 21 is the beam mode when the laser processing head 1A is in the first state.
  • Beam mode 22 is a beam mode when the laser processing head 1A is in the second state.
  • Each of the beam mode 21 and the beam mode 22 is a ring-shaped beam mode.
  • the beam diameter of beam mode 21 is larger than the beam diameter of beam mode 22. Note that in the following description, the beam diameter of the ring-shaped laser beam will be referred to as a ring diameter.
  • the laser processing head 1A When the laser processing head 1A is in the second state, the first lens group 11 and the third lens group 13 are separated from each other while the image formation of the light emitting section 3 at the transfer position is maintained. By moving in the direction, the state of the laser processing head 1A is switched to the first state. Thereby, the laser processing head 1A expands the ring diameter from beam mode 22 to beam mode 21.
  • the laser processing head 1A When the laser processing head 1A is in the first state, the first lens group 11 and the third lens group 13 are brought close to each other while the image formation of the light emitting section 3 at the transfer position is maintained. By moving in the direction, the state of the laser processing head 1A is switched to the second state. Thereby, the laser processing head 1A reduces the ring diameter from beam mode 21 to beam mode 22. In this way, the laser processing head 1A converts the beam mode of the laser beam while maintaining the image formation of the light emitting section 3 at the transfer position.
  • the state of the laser processing head 1A can be switched between a first state and a second state depending on the material of the workpiece 5 or the thickness of the workpiece 5. For example, in laser processing of a medium-thick plate having a thickness of about 20 mm, processing can be performed with high quality and high efficiency by setting the laser processing head 1A to the first state. Since the laser processing head 1A can change the beam mode while maintaining the image formation of the light emitting part 3 at the transfer position, it is possible to perform high-quality processing compared to the case where the position of the workpiece has to be significantly shifted from the transfer position. It becomes possible.
  • the laser processing head 1A can easily select a beam diameter suitable for the processing object by moving the first lens group 11 and the third lens group 13. By appropriately selecting the beam diameter according to the material of the workpiece 5 or the thickness of the workpiece 5, it is possible to improve processing quality and productivity.
  • FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the laser processing head 1A according to the first embodiment and the configuration according to the first comparative example of the first embodiment.
  • the left part of FIG. 3 shows a configuration included in the laser processing head 1A according to the first embodiment.
  • the right side of FIG. 3 shows the configuration according to the first comparative example.
  • the configuration according to the first comparative example differs from the configuration of the first embodiment in that a light flux conversion optical element 15 is disposed between the light emitting section 3 and the first lens group 11.
  • the ring diameter can be changed by moving the first lens group 11 and the third lens group 13.
  • the longer the distance between the light emitting section 3 and the light flux conversion optical element 15, the larger the ring diameter can be made.
  • the light flux conversion optical element 15 is disposed between the first lens group 11 and the second lens group 12, so that the laser processing head 1A according to the first embodiment is different from the first comparative example. It is easier to secure a longer distance between the light emitting section 3 and the light flux converting optical element 15 than in the case of the present invention.
  • a light flux conversion optical element 15 is arranged between a first lens group 11 and a second lens group 12, and each of the first lens group 11 and the third lens group 13 is With the moving configuration, the degree of change in the ring diameter can be increased without increasing the size of the optical system after the first lens group 11.
  • the distance between the light emitting section 3 and the first lens group 11 in the first embodiment and the distance between the light emitting section 3 and the light flux conversion optical element 15 in the first comparative example are shown. Although they are the same, the optical system after the first lens group 11 is smaller in the first embodiment than in the first comparative example.
  • the ring diameter can be increased.
  • the ring diameter can be increased without reducing the apex angle of the conical shape in the light flux conversion optical element 15.
  • the position of the light flux conversion optical element 15 is from the light output section 3, the higher the intensity of the laser light that enters the light flux conversion optical element 15.
  • the position of the light flux conversion optical element 15 tends to be close to the light emission section 3.
  • the light flux conversion optical element 15 is arranged between the first lens group 11 and the second lens group 12, so that the laser processing head 1A according to the first embodiment is different from the first comparative example.
  • the light flux conversion optical element 15 can be separated from the light emitting section 3 compared to the case where the light beam converting optical element 15 is separated from the light emitting section 3.
  • the laser processing head 1A can prevent the intensity of the laser beam incident on the light flux conversion optical element 15 from increasing, and can reduce the possibility that the light flux conversion optical element 15 will be damaged.
  • FIG. 4 is a diagram showing a configuration according to a second comparative example of the first embodiment.
  • the configuration according to the second comparative example differs from the configuration of the first embodiment in that a light flux conversion optical element 15 is disposed between the third lens group 13 and the fourth lens group 14.
  • the left part of FIG. 4 shows a state in which the first lens group 11 is moved toward the light emitting section 3 and the third lens group 13 is moved toward the light flux conversion optical element 15.
  • the right side of FIG. 4 shows a state in which the first lens group 11 is moved toward the second lens group 12 and the third lens group 13 is moved toward the second lens group 12.
  • the double-headed arrow shown in FIG. 4 indicates that the configuration according to the second comparative example can switch the state between the state shown on the left side of FIG. 4 and the state shown on the right side of FIG. 4.
  • the thickness of the ring in the ring-shaped beam mode changes mainly.
  • the ring width is wide, and in the beam mode 24 in the state shown on the right side of FIG. 4, the ring width is narrow.
  • the change in ring thickness is large, the change in ring diameter is small.
  • the laser processing head 1A can greatly change the ring diameter without significantly increasing the ring thickness.
  • the laser processing head 1A can increase the energy density at the outer edge compared to a case where the ring thickness increases significantly. Thereby, the laser processing head 1A can perform high-quality and efficient processing according to the material of the workpiece 5 or the thickness of the workpiece 5.
  • the laser processing head 1A has a light flux conversion optical element 15 disposed on the optical axis between the first lens group 11 and the second lens group 12, so that it can process workpieces 5 made of various materials or of various thicknesses. , it is possible to realize high-quality processing and processing with high efficiency.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example in which the distance from the light emitting section 3 to the transfer position is changed by the laser processing head 1A according to the first embodiment.
  • the left part of FIG. 5 shows a state in which the transfer position 6 is set on the side of the laser processing head 1A with respect to the position on the workpiece 5.
  • the right side of FIG. 5 shows a state in which the transfer position 6 is set on the opposite side of the laser processing head 1A with respect to the position on the workpiece 5.
  • the double-headed arrow shown in FIG. 5 indicates that the state of the laser processing head 1A can be switched between the state shown on the left side of FIG. 5 and the state shown on the right side of FIG.
  • the laser processing head 1A can change the transfer position 6 in the optical axis direction by appropriately adjusting the positions of the first lens group 11 and the third lens group 13. Thereby, the laser processing head 1A can realize high-quality processing and highly efficient processing of workpieces 5 made of various materials or having various thicknesses.
  • the laser processing head 1A Since the laser processing head 1A requires only one light beam conversion optical element 15, the laser processing head 1A has a higher optical efficiency than the case where two axicon lenses are required as described in Patent Document 1. The cost of the system can be reduced. Further, when two axicon lenses are moved as described in Patent Document 1, there is a concern that each axicon lens may be damaged due to contact between the axicon lenses. The laser processing head 1A can eliminate such concerns.
  • the laser processing head 1A is configured to include a moving mechanism that moves the first lens group 11 and a moving mechanism that moves the third lens group 13.
  • the laser processing head 1A may be equipped with a movement mechanism that moves optical elements other than the first lens group 11 or the third lens group 13.
  • a moving mechanism for moving the second lens group 12 or the fourth lens group 14 may be added to the laser processing head 1A.
  • the laser processing head 1A can appropriately perform adjustments for improving processing quality or productivity.
  • the light flux conversion optical element 15 is an axicon lens, but the light flux conversion optical element 15 may be an optical element other than an axicon lens.
  • the light flux conversion optical element 15 may be an optical element having a shape other than a conical shape, such as a polyhedron or an aspherical shape.
  • the light flux conversion optical element 15 may be an array type optical element in which a large number of conical, polyhedral, or aspherical shapes are arranged.
  • the light flux conversion optical element 15 is not limited to a refractive type optical element, but may be a diffractive type optical element.
  • the laser processing head 1A includes the first lens group 11, the second lens group 12, the third lens group 13, and the fourth lens group 14; and a light flux conversion optical element 15 arranged on the optical axis between the second lens group 12 and the second lens group 12.
  • the laser processing head 1A also includes a first moving mechanism 17 that moves the first lens group 11 and a second moving mechanism 18 that moves the third lens group 13.
  • the laser processing head 1A can easily convert the beam mode of the laser beam by moving the first lens group 11 and moving the third lens group 13.
  • the laser processing head 1A can improve processing quality and productivity by selecting a beam mode according to the material of the workpiece 5 or the thickness of the workpiece 5. As described above, the laser processing head 1A has the effect of being able to realize high-quality processing by converting the beam mode. Furthermore, the laser processing head 1A can improve productivity.
  • FIG. 6 is a diagram showing a configuration example of a laser processing head 1B according to the second embodiment.
  • the laser processing head 1B includes a third moving mechanism 19 in addition to the same configuration as the laser processing head 1A according to the first embodiment.
  • the same components as in Embodiment 1 described above are given the same reference numerals, and configurations that are different from Embodiment 1 will be mainly explained.
  • the third moving mechanism 19 moves the light flux conversion optical element 15 to a position on the optical axis between the first lens group 11 and the second lens group 12 and a position off the optical axis.
  • the third moving mechanism 19 moves the light flux conversion optical element 15 by rotating the light flux conversion optical element 15 around an axis perpendicular to the optical axis.
  • the light flux conversion optical element 15 is attached to a rotatable holder in conjunction with the third moving mechanism 19.
  • the light flux conversion optical element 15 moves together with the holder due to the rotation of the third moving mechanism 19. Illustration of the holder is omitted.
  • the control device 4 sends control signals to each of the first moving mechanism 17, the second moving mechanism 18, and the third moving mechanism 19.
  • the third moving mechanism 19 moves the light flux conversion optical element 15 according to the control signal.
  • the control device 4 controls the first moving mechanism 17, the second moving mechanism 18, and the third moving mechanism 19 by sending control signals to each of the first moving mechanism 17, the second moving mechanism 18, and the third moving mechanism 19.
  • the third moving mechanism 19 is controlled.
  • the light flux conversion optical element 15 when the light flux conversion optical element 15 is arranged at a position on the optical axis is represented by a solid line.
  • the light flux conversion optical element 15 and a part of the third moving mechanism 19 are represented by broken lines when the light flux conversion optical element 15 is removed from the optical axis.
  • the locus along which the light flux conversion optical element 15 moves is represented by a broken line.
  • the first moving mechanism 17 moves the first lens group 11 when the third moving mechanism 19 moves the light flux conversion optical element 15. By moving the first lens group 11 before moving the light flux conversion optical element 15, the laser processing head 1B can avoid the first lens group 11 from interfering with the movement of the light flux conversion optical element 15.
  • the first lens group 11 and a part of the first moving mechanism 17 are represented by broken lines in the case where the first lens group 11 is moved before the light flux conversion optical element 15 is moved.
  • FIG. 7 is a first diagram for explaining the operation of the laser processing head 1B according to the second embodiment.
  • FIG. 7 shows a state in which the light flux conversion optical element 15 is arranged on the optical axis, and a state in which the light flux conversion optical element 15 is located at a position off the optical axis.
  • the main configuration of the laser processing head 1B is illustrated, and illustration of other configurations of the laser processing head 1B is omitted.
  • the state shown on the left side of FIG. 7 is referred to as the third state. Further, the state shown on the right side of FIG. 7 is referred to as a fourth state.
  • the third state the light flux conversion optical element 15 is arranged on the optical axis.
  • the positional relationship between the first lens group 11, the third lens group 13, and the light flux conversion optical element 15 in the third state is the same as in the first state shown on the left side of FIG. 2.
  • Beam mode 25 in the third state is similar to beam mode 21 shown in FIG. In the third state, by appropriately moving the first lens group 11 and the third lens group 13, the laser processing head 1B changes the ring diameter as in the first embodiment.
  • the third moving mechanism 19 moves the light flux conversion optical element 15 from the optical axis. move it. That is, the third moving mechanism 19 retracts the light flux conversion optical element 15 from the optical axis.
  • the first moving mechanism 17 returns the first lens group 11 to its original position. This causes the laser processing head 1B to transition from the third state to the fourth state. In this way, the state of the laser processing head 1B is switched between the third state and the fourth state by the movement of the light flux conversion optical element 15 by the third movement mechanism 19.
  • the laser processing head 1B moves the light flux conversion optical element 15 using the third moving mechanism 19
  • the first lens group 11 is moved using the first moving mechanism 17.
  • the double-headed arrow shown in FIG. 7 indicates that the state of the laser processing head 1B can be switched between the third state and the fourth state.
  • the image of the light emitting section 3 is transferred by the transfer optical system 10. If the transmission cable 2 is an optical fiber, the transferred image of the light emitting section 3 will be circular. In this case, a circular beam mode 26 is obtained in the fourth state.
  • the laser processing head 1B can convert the beam mode by inserting the beam converting optical element 15 into the optical axis and retracting the beam converting optical element 15 from the optical axis.
  • the laser processing head 1B can change the beam diameter by appropriately moving the first lens group 11 and the third lens group 13 in the fourth state.
  • FIG. 8 is a second diagram for explaining the operation of the laser processing head 1B according to the second embodiment.
  • FIG. 8 shows how the first lens group 11 and the third lens group 13 are each moved in the optical axis direction in the fourth state.
  • the main configuration of the laser processing head 1B is illustrated, and illustration of other configurations of the laser processing head 1B is omitted.
  • the first lens group 11 is moved toward the light emitting section 3, and the third lens group 13 is moved toward the fourth lens group 14. That is, the state shown on the left side of FIG. 8 is a state in which the first lens group 11 and the third lens group 13 have moved away from each other.
  • the first lens group 11 is moved toward the second lens group 12, and the third lens group 13 is moved toward the second lens group 12. It will be done. That is, the state shown on the right side of FIG. 8 is a state in which the first lens group 11 and the third lens group 13 have moved toward each other.
  • the laser processing head 1B changes the transfer magnification of the transfer optical system 10 by moving the first lens group 11 and the third lens group 13.
  • the beam diameter of the beam mode 28 in the state shown on the right side of FIG. 8 is smaller than the beam diameter of the beam mode 27 in the state shown on the left side of FIG.
  • the beam diameter becomes smaller.
  • the laser processing head 1B converts the beam diameter of the laser beam.
  • the laser processing head 1B switches the shape of the beam mode between a ring shape and a circle by moving the light flux conversion optical element 15.
  • the laser processing head 1B creates a ring-shaped beam mode by moving the first lens group 11 and the third lens group 13 in the third state in which the light flux conversion optical element 15 is arranged on the optical axis. change the ring diameter.
  • the laser processing head 1B converts the circular beam mode by moving the first lens group 11 and the third lens group 13 in the fourth state in which the light flux conversion optical element 15 is retracted outside the optical axis. Change the beam diameter.
  • the laser processing head 1B adjusts the ring diameter or beam diameter suitable for the processing object and the ring diameter or beam diameter suitable for the processing object by moving the first lens group 11, the third lens group 13, and the light flux conversion optical element 15. You can easily select the desired beam mode. By appropriately selecting the ring diameter or beam diameter and beam mode according to the material of the workpiece 5 or the thickness of the workpiece 5, it is possible to improve processing quality and productivity.
  • the laser processing head 1B creates a space for moving the light flux conversion optical element 15 by moving the first lens group 11 when the third moving mechanism 19 moves the light flux conversion optical element 15. Therefore, in the laser processing head 1B, there is no need to always secure a space in the optical system for moving the light flux conversion optical element 15, and the optical system can be downsized.
  • the laser processing head 1B also uses the first moving mechanism 17 used for changing the ring diameter as a moving mechanism for creating space.
  • the laser processing head 1B does not need to be provided with a moving mechanism for creating space, apart from the first moving mechanism 17 used for changing the ring diameter.
  • the laser processing head 1B has a simple configuration in which the light flux conversion optical element 15 is rotated around an axis perpendicular to the optical axis, thereby adjusting the position on the optical axis between the first lens group 11 and the second lens group 12.
  • the light flux converting optical element 15 can be moved to a position away from the optical axis.
  • the third moving mechanism 19 is not limited to a mechanism that rotates the light flux conversion optical element 15 around an axis perpendicular to the optical axis.
  • the third moving mechanism 19 may be a mechanism that rotates the light flux conversion optical element 15 around an axis parallel to the optical axis.
  • the third moving mechanism 19 may be a mechanism that moves the light flux conversion optical element 15 in a plane perpendicular to the optical axis.
  • the third moving mechanism 19 may be a mechanism that moves the light flux conversion optical element 15 between a position on the optical axis between the first lens group 11 and the second lens group 12 and a position off the optical axis. Good.
  • the housing 15 can be made smaller.
  • the laser processing head 1B is configured to move the light flux conversion optical element 15, thereby switching whether or not the light flux conversion optical element 15 operates using one optical system provided in the laser processing head 1B.
  • the laser processing head 1B can switch between a ring-shaped beam mode and a beam mode that is a transferred image of the light emitting section 3 by switching whether or not the light flux conversion optical element 15 operates.
  • the laser processing head 1B performs beam mode conversion that changes the ring diameter and beam mode conversion that changes the magnification of the transferred image by moving the first lens group 11 and the third lens group 13. It can be carried out.
  • the laser processing head 1B is moved between the position on the optical axis and the position off the optical axis between the first lens group 11 and the second lens group 12 by the third moving mechanism 19.
  • the light flux converting optical element 15 is moved to .
  • the laser processing head 1B can easily convert the beam mode of the laser beam by moving the light flux conversion optical element 15. Further, the laser processing head 1B can easily convert the beam mode of the laser beam by moving the first lens group 11 and moving the third lens group 13.
  • the laser processing head 1B can improve processing quality and productivity.
  • the laser processing head 1B has the effect of being able to realize high-quality processing by converting the beam mode. In addition, the laser processing head 1B can improve productivity.
  • FIG. 9 is a diagram showing a configuration example of a laser processing machine 100 according to the third embodiment.
  • a laser processing machine 100 shown in FIG. 9 includes a laser processing head 1A according to the first embodiment.
  • the laser processing machine 100 may be equipped with the laser processing head 1B according to the second embodiment instead of the laser processing head 1A.
  • the same components as in Embodiment 1 or 2 described above are given the same reference numerals, and configurations that are different from Embodiment 1 or 2 will be mainly explained.
  • the laser processing machine 100 includes a laser oscillator 7 that is a light source that outputs laser light, a laser processing head 1A, a transmission cable 2 that is a transmission path for the laser light from the laser oscillator 7 to the laser processing head 1A, and a workpiece 5. It includes a stage 8 on which the laser processing machine 100 is placed and a control device 4 that controls the laser processing machine 100.
  • the laser processing machine 100 processes the workpiece 5 by irradiating the workpiece 5 with a laser beam 9 emitted from the laser processing head 1A.
  • the laser processing head 1A injects processing gas onto the workpiece 5. Illustrations of elements for injecting processing gas are omitted.
  • the laser processing machine 100 moves the laser beam 9 and the workpiece 5 relative to each other by moving the stage 8 with respect to the laser processing head 1A.
  • the stage 8 is movable in two-dimensional directions perpendicular to the central axis of the laser beam 9. In FIG. 9, white double-headed arrows indicate directions in which the stage 8 can be moved.
  • the laser processing machine 100 may be one that relatively moves the laser beam 9 and the workpiece 5 without moving the stage 8.
  • the laser processing machine 100 may fix the position of the stage 8 and control the incident position of the laser beam 9 on the workpiece 5.
  • the control device 4 sends control signals to each of the laser processing head 1A, the laser oscillator 7, and the stage 8.
  • Laser oscillator 7 outputs laser light according to the control signal.
  • the laser processing head 1A moves the first lens group 11 and the third lens group 13 according to the control signal, as described in the first embodiment.
  • Stage 8 operates according to control signals. In this way, the control device 4 controls each of the laser processing head 1A, the laser oscillator 7, and the stage 8.
  • the laser processing machine 100 includes the laser processing head 1A or the laser processing head 1B, and thereby selects a beam mode appropriately according to the material of the workpiece 5 or the thickness of the workpiece 5, and processes the workpiece 5. Can be processed.
  • the laser processing machine 100 can improve processing quality and productivity by selecting a beam mode.
  • the laser processing machine 100 has the effect of being able to realize high-quality processing by converting the beam mode.
  • the laser processing machine 100 can improve productivity.
  • the laser processing machine 100 can improve processing quality and productivity, particularly for medium-thick plates or thicker plates than medium-thick plates.
  • the control device 4 is realized by a processing circuit.
  • the processing circuit may be a circuit on which a processor executes software, or may be a dedicated circuit.
  • FIG. 10 is a diagram showing a configuration example of control circuit 30 according to the first or second embodiment.
  • the control circuit 30 includes an input section 31, a processor 32, a memory 33, and an output section 34.
  • the input unit 31 is an interface circuit that receives data input from outside the control circuit 30 and provides it to the processor 32.
  • the output unit 34 is an interface circuit that sends data from the processor 32 or memory 33 to the outside of the control circuit 30.
  • the processing circuit is the control circuit 30 shown in FIG. 10
  • the functions of the control device 4 are realized by the processor 32 reading and executing a program stored in the memory 33.
  • the memory 33 is also used as temporary memory in each process performed by the processor 32.
  • the processor 32 is a CPU (Central Processing Unit), a processing device, an arithmetic unit, a microprocessor, a microcomputer, a processor, or a DSP (Digital Signal Processor).
  • the memory 33 is, for example, RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), flash memory, EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), EEPROM (registered trademark) (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory). ), etc., non-volatile Alternatively, volatile semiconductor memory, magnetic disk, flexible disk, optical disk, compact disk, mini disk, DVD (Digital Versatile Disc), etc. are applicable.
  • FIG. 10 is an example of hardware when the control device 4 is realized by a general-purpose processor 32 and memory 33, the control device 4 may be realized by a dedicated hardware circuit.
  • FIG. 11 is a diagram showing a configuration example of the dedicated hardware circuit 35 according to the first or second embodiment.
  • the dedicated hardware circuit 35 includes an input section 31, an output section 34, and a processing circuit 36.
  • the processing circuit 36 is a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an FPGA (Field Programmable Gate Array), or a combination thereof. Note that the control device 4 may be realized by combining the control circuit 30 and the hardware circuit 35.
  • 1A, 1B laser processing head 2 transmission cable, 3 light emitting unit, 4 control device, 5 workpiece, 6 transfer position, 7 laser oscillator, 8 stage, 9 laser beam, 10 transfer optical system, 11 first lens group, 12 Second lens group, 13 Third lens group, 14 Fourth lens group, 15 Luminous flux conversion optical element, 16 Housing, 17 First movement mechanism, 18 Second movement mechanism, 19 Third movement Mechanism, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28 Beam mode, 30 Control circuit, 31 Input section, 32 Processor, 33 Memory, 34 Output section, 35 Hardware circuit, 36 Processing circuit, 100 Laser processing Machine.

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Abstract

レーザ加工ヘッド（１Ａ）は、光出射部（３）から発散するレーザ光が入射し、レーザ光を集束させる第１のレンズ群（１１）と、第１のレンズ群（１１）を通過したレーザ光が伝搬する第２のレンズ群（１２）と、第２のレンズ群（１２）を通過したレーザ光が伝搬して、光出射部（３）の像を転写位置に形成するレンズ群を第２のレンズ群（１２）とともに構成する第３のレンズ群（１３）と、第３のレンズ群（１３）を通過したレーザ光が入射し、レーザ光を集束させる第４のレンズ群（１４）と、第１のレンズ群（１１）と第２のレンズ群（１２）との間の光軸上に配置され、レーザ光のビームモードを変換させる光束変換光学素子（１５）と、第１のレンズ群（１１）を光軸方向において移動させる第１の移動機構（１７）と、第３のレンズ群（１３）を光軸方向において移動させる第２の移動機構（１８）と、を備える。

Description

レーザ加工ヘッドおよびレーザ加工機
　本開示は、レーザ光を出射するレーザ加工ヘッドおよびレーザ加工機に関する。
　レーザ光を用いたレーザ加工では、さまざまな材質またはさまざまな厚みのワークについて、高品質な加工が可能であること、または、高い効率での加工が可能であることが期待される。そのために、レーザ加工機は、集光位置におけるレーザビームのビーム径を適切に制御すること、または、レーザビームの横断面におけるレーザビームの強度分布であるビームモードを適切に制御することが求められる。中板厚の加工では、レーザビームの外縁部における強度が大きいレーザビーム、いわゆるリング状のビームモードのレーザビームを形成すること、および、ビーム径を大きくすることが求められる。
　特許文献１には、２つのアキシコンレンズと、各アキシコンレンズを光軸方向へ移動させる移動機構とを備え、各アキシコンレンズの間の距離を変化させることによってビームモードを切り換えるレーザ加工機が開示されている。特許文献１にかかるレーザ加工機において、レーザ加工ヘッド内の光出射部から発散したレーザ光は、２つのアキシコンレンズと集光レンズとを通り、光出射部の像の転写位置がワークの表面またはその近傍となるように集束される。
特開２０１９－４２７９３号公報
　特許文献１に記載される技術によると、光軸方向において転写位置から離れた位置においてリング状のビームモードが得られる一方、転写位置ではリング状のビームモードが得られない。また、特許文献１に記載される技術によると、リング状のビームモードについてビーム径を大きくするには、ワークの位置を転写位置から大きくずらす必要がある。ワークの位置を転写位置から大きくずらすことで、ワーク上におけるレーザビームのエッジがぼけることとなるため、加工品質が低下する。このため、特許文献１に記載される従来技術では、ビームモードの変換により高品質な加工を実現することが困難であるという問題があった。
　本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、ビームモードの変換により高品質な加工を実現可能とするレーザ加工ヘッドを得ることを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示にかかるレーザ加工ヘッドは、光出射部から発散するレーザ光が入射し、レーザ光を集束させる第１のレンズ群と、第１のレンズ群を通過したレーザ光が伝搬する第２のレンズ群と、第２のレンズ群を通過したレーザ光が伝搬して、光出射部の像を転写位置に形成するレンズ群を第２のレンズ群とともに構成する第３のレンズ群と、第３のレンズ群を通過したレーザ光が入射し、レーザ光を集束させる第４のレンズ群と、第１のレンズ群と第２のレンズ群との間の光軸上に配置され、レーザ光のビームモードを変換させる光束変換光学素子と、第１のレンズ群を光軸方向において移動させる第１の移動機構と、第３のレンズ群を光軸方向において移動させる第２の移動機構と、を備える。
　本開示にかかるレーザ加工ヘッドは、ビームモードの変換により高品質な加工を実現することができるという効果を奏する。
実施の形態１にかかるレーザ加工ヘッドの構成例を示す図 実施の形態１にかかるレーザ加工ヘッドの動作について説明するための図 実施の形態１にかかるレーザ加工ヘッドの構成と、実施の形態１の第１の比較例にかかる構成とを示す図 実施の形態１の第２の比較例にかかる構成を示す図 実施の形態１にかかるレーザ加工ヘッドにより光出射部から転写位置までの距離を変更させる例を示す図 実施の形態２にかかるレーザ加工ヘッドの構成例を示す図 実施の形態２にかかるレーザ加工ヘッドの動作について説明するための第１の図 実施の形態２にかかるレーザ加工ヘッドの動作について説明するための第２の図 実施の形態３にかかるレーザ加工機の構成例を示す図 実施の形態１または２にかかる制御回路の構成例を示す図 実施の形態１または２にかかる専用のハードウェア回路の構成例を示す図
　以下に、実施の形態にかかるレーザ加工ヘッドおよびレーザ加工機を図面に基づいて詳細に説明する。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１にかかるレーザ加工ヘッド１Ａの構成例を示す図である。レーザ加工ヘッド１Ａは、レーザ加工機に備えられる。レーザ加工ヘッド１Ａは、ワーク５へ向けてレーザビームを出射する。ワーク５は、金属製の板である。ワーク５の材料には、鉄、ステンレス鋼、または黄銅といった金属材料が使用される。なお、ワーク５の材料とワーク５の形状とは、実施の形態１で説明するものに限定されない。
　伝送ケーブル２は、光源からレーザ加工ヘッド１Ａへのレーザ光の伝送路である。伝送ケーブル２は、例えば光ファイバである。図１では、光源の図示を省略する。レーザ加工ヘッド１Ａは、レーザ加工ヘッド１Ａの外殻を構成する筐体１６を備える。図１では、筐体１６の内部に収容される構成を模式的に表す。伝送ケーブル２の出射端である光出射部３は、筐体１６の内部に接続される。伝送ケーブル２を伝搬したレーザ光は、筐体１６の内部へ入射する。
　レーザ加工ヘッド１Ａは、第１のレンズ群１１と、第２のレンズ群１２と、第３のレンズ群１３と、第４のレンズ群１４と、光束変換光学素子１５とを備える。第１のレンズ群１１と、第２のレンズ群１２と、第３のレンズ群１３と、第４のレンズ群１４と、光束変換光学素子１５とは、筐体１６の内部に収容される。第１のレンズ群１１と、第２のレンズ群１２と、第３のレンズ群１３と、第４のレンズ群１４とは、光出射部３の像を転写させる転写光学系１０を構成する。光束変換光学素子１５が光軸上に存在するときは、光束変換光学素子１５も転写光学系１０の構成要素に含まれる。
　第１のレンズ群１１は、正のパワーを持つレンズ群である。第１のレンズ群１１は、光出射部３から発散するレーザ光が入射し、レーザ光を集束させる。第２のレンズ群１２は、正のパワーを持つレンズ群である。第２のレンズ群１２には、第１のレンズ群１１を通過したレーザ光が伝搬する。
　第３のレンズ群１３は、負のパワーを持つレンズ群である。第３のレンズ群１３には、第２のレンズ群１２を通過したレーザ光が伝搬する。第２のレンズ群１２と第３のレンズ群１３とは、転写位置において光出射部３の像を形成するレンズ群を構成する。第４のレンズ群１４は、正のパワーを持つレンズ群である。第４のレンズ群１４は、第３のレンズ群１３を通過したレーザ光が入射し、レーザ光を集束させる。第４のレンズ群１４を通過したレーザ光は、筐体１６の外部へ出射する。
　光束変換光学素子１５は、第１のレンズ群１１と第２のレンズ群１２との間の光軸上に配置される。実施の形態１において、光軸とは、転写光学系１０の光軸とする。光束変換光学素子１５は、レーザ光のビームモードを変換させる。実施の形態１において、光束変換光学素子１５は、アキシコンレンズである。アキシコンレンズは、円錐形の凸面である円錐面と、円錐面とは逆側の平面とを有する。光束変換光学素子１５は、ガウシアンビームをリング状のビームへ変換させる。レーザ加工ヘッド１Ａは、光軸上に光束変換光学素子１５が配置されることによって、転写位置または転写位置の近傍においてリング状のビームモードを生成する。図１に示す例において、転写位置は、ワーク５上の位置に一致しているものとする。
　レーザ加工ヘッド１Ａは、第１の移動機構１７と第２の移動機構１８とを備える。第１の移動機構１７は、第１のレンズ群１１を光軸方向において移動させる。第２の移動機構１８は、第３のレンズ群１３を光軸方向において移動させる。
　制御装置４は、レーザ加工ヘッド１Ａを備えるレーザ加工機の全体を制御する。制御装置４は、第１の移動機構１７と第２の移動機構１８との各々へ制御信号を送る。第１の移動機構１７は、制御信号に従って第１のレンズ群１１を移動させる。第２の移動機構１８は、制御信号に従って第３のレンズ群１３を移動させる。制御装置４は、第１の移動機構１７と第２の移動機構１８との各々へ制御信号を送ることによって、第１の移動機構１７と第２の移動機構１８とを制御する。
　図１では、第１のレンズ群１１と、第２のレンズ群１２と、第３のレンズ群１３と、第４のレンズ群１４との各々を、単一のレンズにより示す。第１のレンズ群１１と、第２のレンズ群１２と、第３のレンズ群１３と、第４のレンズ群１４との各々は、単一のレンズに限られず、複数のレンズで構成されても良い。第１のレンズ群１１と、第２のレンズ群１２と、第３のレンズ群１３と、第４のレンズ群１４との各々におけるレンズの数は、任意であるものとする。
　次に、レーザ加工ヘッド１Ａから出射するレーザビームのビームモードを変換させる際におけるレーザ加工ヘッド１Ａの動作について説明する。
　図２は、実施の形態１にかかるレーザ加工ヘッド１Ａの動作について説明するための図である。図２には、第１のレンズ群１１と第３のレンズ群１３との各々を光軸方向において移動させる様子を示す。図２では、レーザ加工ヘッド１Ａのうち主な構成を図示し、レーザ加工ヘッド１Ａのその他の構成の図示を省略する。
　ここで、図２の左部に示す状態を、第１の状態と称する。また、図２の右部に示す状態を、第２の状態と称する。第１の状態では、第１のレンズ群１１が光出射部３の方へ寄せられ、かつ、第３のレンズ群１３が第４のレンズ群１４の方へ寄せられる。すなわち、第１の状態は、第１のレンズ群１１と第３のレンズ群１３とが互いに離れる方向へ移動した状態である。一方、第２の状態では、第１のレンズ群１１が第２のレンズ群１２の方へ寄せられ、かつ、第３のレンズ群１３が第２のレンズ群１２の方へ寄せられる。すなわち、第２の状態は、第１のレンズ群１１と第３のレンズ群１３とが互いに近づく方向へ移動した状態である。第１の移動機構１７による第１のレンズ群１１の移動と第２の移動機構１８による第３のレンズ群１３の移動とによって、レーザ加工ヘッド１Ａの状態は、第１の状態と第２の状態とに切り換えられる。図２に示す両矢印は、レーザ加工ヘッド１Ａの状態を第１の状態と第２の状態とに切り換え可能であることを表す。
　ビームモード２１は、レーザ加工ヘッド１Ａが第１の状態であるときにおけるビームモードである。ビームモード２２は、レーザ加工ヘッド１Ａが第２の状態であるときにおけるビームモードである。ビームモード２１とビームモード２２との各々は、リング状のビームモードである。ビームモード２１のビーム径は、ビームモード２２のビーム径よりも大きい。なお、以下の説明では、リング状のレーザビームのビーム径を、リング径と称する。
　レーザ加工ヘッド１Ａが第２の状態であるときに、転写位置における光出射部３の像の結像が保たれた状態で、第１のレンズ群１１と第３のレンズ群１３とを互いに離れる方向へ移動させることにより、レーザ加工ヘッド１Ａの状態は第１の状態へ切り換えられる。これにより、レーザ加工ヘッド１Ａは、ビームモード２２からビームモード２１へ、リング径を拡大させる。
　レーザ加工ヘッド１Ａが第１の状態であるときに、転写位置における光出射部３の像の結像が保たれた状態で、第１のレンズ群１１と第３のレンズ群１３とを互いに近づける方向へ移動させることにより、レーザ加工ヘッド１Ａの状態は第２の状態へ切り換えられる。これにより、レーザ加工ヘッド１Ａは、ビームモード２１からビームモード２２へ、リング径を縮小させる。このようにして、レーザ加工ヘッド１Ａは、転写位置における光出射部３の像の結像を保ちながら、レーザビームのビームモードを変換させる。
　レーザ加工ヘッド１Ａの状態は、ワーク５の材料またはワーク５の厚みに応じて、第１の状態と第２の状態とに切り換えることができる。例えば、厚さ２０ｍｍ程度の中厚板のレーザ加工では、レーザ加工ヘッド１Ａを第１の状態とすることで、高品質かつ高い効率での加工を行い得る。レーザ加工ヘッド１Ａは、転写位置における光出射部３の像の結像を保ちながらビームモードを変換できるため、ワークの位置を転写位置から大きくずらす必要がある場合に比べて、高品質な加工が可能となる。レーザ加工ヘッド１Ａは、第１のレンズ群１１の移動と第３のレンズ群１３の移動とによって、加工対象に適したビーム径を容易に選択することができる。ワーク５の材料またはワーク５の厚みに応じてビーム径が適宜選択されることによって、加工品質の向上と生産性の向上とが可能となる。
　次に、実施の形態１にかかるレーザ加工ヘッド１Ａの構成による作用効果について説明する。ここでは、比較例にかかる構成を図示し、比較例の場合との対比により、レーザ加工ヘッド１Ａの構成による作用効果について説明する。
　図３は、実施の形態１にかかるレーザ加工ヘッド１Ａの構成と、実施の形態１の第１の比較例にかかる構成とを示す図である。図３の左部には、実施の形態１にかかるレーザ加工ヘッド１Ａに備えられる構成を示す。図３の右部には、第１の比較例にかかる構成を示す。第１の比較例にかかる構成は、光出射部３と第１のレンズ群１１との間に光束変換光学素子１５が配置される点が、実施の形態１の構成とは異なる。
　第１の比較例にかかる構成においても、第１のレンズ群１１と第３のレンズ群１３とを移動させることにより、リング径を変化させ得る。リング径を変化させる場合において、光出射部３と光束変換光学素子１５との間の距離が長いほど、リング径を大きくさせることが可能となる。第１の比較例の場合は、光出射部３の直後に光束変換光学素子１５が配置されることから、光出射部３と光束変換光学素子１５との間の距離が長いほど、光出射部３と第１のレンズ群１１との間の距離が長くなる。光出射部３と第１のレンズ群１１との間の距離が長くなるほど、光出射部３から発散したレーザ光を取り込むために、第１のレンズ群１１以降の光学系を大型にする必要がある。
　これに対し、実施の形態１にかかるレーザ加工ヘッド１Ａは、第１のレンズ群１１と第２のレンズ群１２との間に光束変換光学素子１５が配置されるため、第１の比較例の場合よりも、光出射部３と光束変換光学素子１５との間に長い距離を確保し易い。レーザ加工ヘッド１Ａは、第１のレンズ群１１と第２のレンズ群１２との間に光束変換光学素子１５が配置され、かつ第１のレンズ群１１と第３のレンズ群１３との各々を移動させる構成によって、第１のレンズ群１１以降の光学系を大型にすること無く、リング径を変化させる度合いを大きくすることができる。図３において、実施の形態１における光出射部３と第１のレンズ群１１との間の距離と、第１の比較例における光出射部３と光束変換光学素子１５との間の距離とが同じであるが、第１の比較例よりも実施の形態１の場合の方が、第１のレンズ群１１以降の光学系が小型である。
　また、第１の比較例において、光出射部３と光束変換光学素子１５との間に長い距離を確保することに代えて、光束変換光学素子１５における円錐形の頂角を小さくすることによって、リング径を大きくさせ得る。ただし、光束変換光学素子１５における円錐形の頂角が小さくなるほど、光束変換光学素子１５の高精度なアライメントが必要となる。実施の形態１にかかるレーザ加工ヘッド１Ａは、光束変換光学素子１５における円錐形の頂角が小さくしなくても、リング径を大きくさせることが可能である。
　光束変換光学素子１５の位置が光出射部３から近いほど、光束変換光学素子１５へ入射するレーザ光の強度が高くなる。光束変換光学素子１５へ入射するレーザ光の強度が高くなるほど、光束変換光学素子１５が熱により損傷する可能性が高くなる。第１の比較例の場合は、光出射部３の直後に光束変換光学素子１５が配置されるため、光束変換光学素子１５の位置が光出射部３から近くなり易い。これに対し、実施の形態１にかかるレーザ加工ヘッド１Ａは、第１のレンズ群１１と第２のレンズ群１２との間に光束変換光学素子１５が配置されるため、第１の比較例の場合に比べて、光出射部３から光束変換光学素子１５を離すことができる。レーザ加工ヘッド１Ａは、光束変換光学素子１５へ入射するレーザ光の強度が高くなることを防ぐことができ、光束変換光学素子１５が損傷する可能性を低減できる。
　図４は、実施の形態１の第２の比較例にかかる構成を示す図である。第２の比較例にかかる構成は、第３のレンズ群１３と第４のレンズ群１４との間に光束変換光学素子１５が配置される点が、実施の形態１の構成とは異なる。図４の左部には、第１のレンズ群１１を光出射部３の方へ寄せ、かつ、第３のレンズ群１３を光束変換光学素子１５の方へ寄せた状態を示す。図４の右部には、第１のレンズ群１１を第２のレンズ群１２の方へ寄せ、かつ、第３のレンズ群１３を第２のレンズ群１２の方へ寄せた状態を示す。図４に示す両矢印は、第２の比較例にかかる構成が、図４の左部に示す状態と図４の右部に示す状態とに状態を切り換え可能であることを表す。
　第２の比較例の場合、第１のレンズ群１１と第３のレンズ群１３とを移動させることによって、主に、リング状のビームモードにおけるリングの厚みが変化する。図４の左部に示す状態におけるビームモード２３ではリング幅が太く、図４の右部に示す状態におけるビームモード２４ではリング幅が細い。第２の比較例の場合、リングの厚みの変化が大きい一方、リング径の変化は小さい。
　実施の形態１にかかるレーザ加工ヘッド１Ａは、リングの厚みを大きく増加させること無く、リング径を大きく変化させることができる。レーザ加工ヘッド１Ａは、リングの厚みが大きく増加する場合に比べて、外縁部におけるエネルギー密度を高めることが可能となる。これにより、レーザ加工ヘッド１Ａは、ワーク５の材料またはワーク５の厚みに応じた、高品質、かつ効率的な加工が可能となる。
　以上に説明するように、光束変換光学素子１５が配置される位置によって、第１のレンズ群１１と第３のレンズ群１３とを移動させることによるビームモードの変化の態様が異なる。レーザ加工ヘッド１Ａは、第１のレンズ群１１と第２のレンズ群１２との間の光軸上に光束変換光学素子１５が配置されることによって、さまざまな材質またはさまざまな厚みのワーク５について、高品質な加工と高い効率での加工とを実現させることができる。
　さらに、レーザ加工ヘッド１Ａは、第１のレンズ群１１と第３のレンズ群１３とを移動させることによって、転写倍率を保ちながら、光出射部３から転写位置までの距離を変更させることができる。図５は、実施の形態１にかかるレーザ加工ヘッド１Ａにより光出射部３から転写位置までの距離を変更させる例を示す図である。
　図５の左部には、ワーク５上の位置に対してレーザ加工ヘッド１Ａの側に転写位置６が設定された状態を示す。図５に右部には、ワーク５上の位置に対してレーザ加工ヘッド１Ａとは逆側に転写位置６が設定された状態を示す。図５に示す両矢印は、レーザ加工ヘッド１Ａが、図５の左部に示す状態と図５の右部に示す状態とに状態を切り換え可能であることを表す。レーザ加工ヘッド１Ａは、第１のレンズ群１１の位置と第３のレンズ群１３の位置とが適宜調整されることによって、光軸方向において転写位置６を変化させることができる。これにより、レーザ加工ヘッド１Ａは、さまざまな材質またはさまざまな厚みのワーク５について、高品質な加工と高い効率での加工とを実現させることができる。
　レーザ加工ヘッド１Ａに必要な光束変換光学素子１５が１つであることによって、レーザ加工ヘッド１Ａは、上記特許文献１に記載されるように２つのアキシコンレンズが必要である場合に比べて光学系の低廉化が可能となる。また、上記特許文献１に記載されるように２つのアキシコンレンズを移動させる場合にはアキシコンレンズ同士の接触による各アキシコンレンズの損傷が懸念される。レーザ加工ヘッド１Ａは、かかる懸念を解消し得る。
　なお、上記説明では、レーザ加工ヘッド１Ａは、第１のレンズ群１１を移動させる移動機構と第３のレンズ群１３を移動させる移動機構とを備える構成とした。レーザ加工ヘッド１Ａには、第１のレンズ群１１または第３のレンズ群１３以外の光学要素を移動させる移動機構が備えられても良い。例えば、レーザ加工ヘッド１Ａには、第２のレンズ群１２または第４のレンズ群１４を移動させる移動機構が追加されても良い。これにより、レーザ加工ヘッド１Ａは、加工品質の向上のための調整、または生産性の向上のための調整を適宜行うことができる。
　上記説明では、光束変換光学素子１５はアキシコンレンズとしたが、光束変換光学素子１５はアキシコンレンズ以外の光学素子でも良い。光束変換光学素子１５は、多面体または非球面形状といった、円錐形以外の形状の光学素子でも良い。光束変換光学素子１５は、円錐形、多面体または非球面形状といった形状が多数配列されたアレイ型光学素子でも良い。光束変換光学素子１５は、屈折型の光学素子に限られず、回折型の光学素子でも良い。
　実施の形態１によると、レーザ加工ヘッド１Ａは、第１のレンズ群１１、第２のレンズ群１２、第３のレンズ群１３、および第４のレンズ群１４と、第１のレンズ群１１と第２のレンズ群１２との間の光軸上に配置される光束変換光学素子１５とを備える。また、レーザ加工ヘッド１Ａは、第１のレンズ群１１を移動させる第１の移動機構１７と、第３のレンズ群１３を移動させる第２の移動機構１８とを備える。レーザ加工ヘッド１Ａは、第１のレンズ群１１の移動と第３のレンズ群１３の移動とによって、レーザビームのビームモードを容易に変換させることができる。レーザ加工ヘッド１Ａは、ワーク５の材料またはワーク５の厚みに応じてビームモードを選択することにより、加工品質の向上と生産性の向上とが可能となる。以上により、レーザ加工ヘッド１Ａは、ビームモードの変換により高品質な加工を実現することができるという効果を奏する。また、レーザ加工ヘッド１Ａは、生産性の向上が可能となる。
実施の形態２．
　図６は、実施の形態２にかかるレーザ加工ヘッド１Ｂの構成例を示す図である。レーザ加工ヘッド１Ｂは、実施の形態１にかかるレーザ加工ヘッド１Ａと同様の構成に加えて、第３の移動機構１９を備える。実施の形態２では、上記の実施の形態１と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態１とは異なる構成について主に説明する。
　第３の移動機構１９は、第１のレンズ群１１と第２のレンズ群１２との間の光軸上の位置と光軸から外れた位置とへ光束変換光学素子１５を移動させる。図６に示す例では、第３の移動機構１９は、光軸に垂直な軸を中心に光束変換光学素子１５を回転させることによって、光束変換光学素子１５を移動させる。光束変換光学素子１５は、第３の移動機構１９に連動して回転可能なホルダに取り付けられる。光束変換光学素子１５は、第３の移動機構１９の回転によってホルダとともに移動する。ホルダの図示は省略する。
　制御装置４は、第１の移動機構１７と第２の移動機構１８と第３の移動機構１９との各々へ制御信号を送る。第３の移動機構１９は、制御信号に従って光束変換光学素子１５を移動させる。制御装置４は、第１の移動機構１７と第２の移動機構１８と第３の移動機構１９との各々へ制御信号を送ることによって、第１の移動機構１７と第２の移動機構１８と第３の移動機構１９とを制御する。
　図６には、光束変換光学素子１５が光軸上の位置に配置されているときにおける光束変換光学素子１５を実線により表す。図６には、光束変換光学素子１５が光軸から外されているときにおける、光束変換光学素子１５と第３の移動機構１９の一部とを破線により表す。また、図６には、光束変換光学素子１５が移動する軌跡を破線により表す。第１の移動機構１７は、第３の移動機構１９が光束変換光学素子１５を移動させる際に、第１のレンズ群１１を移動させる。レーザ加工ヘッド１Ｂは、光束変換光学素子１５の移動前に第１のレンズ群１１を移動させることによって、第１のレンズ群１１が光束変換光学素子１５の移動の妨げとなることを回避できる。図６には、光束変換光学素子１５の移動前に第１のレンズ群１１を移動させた場合における、第１のレンズ群１１と第１の移動機構１７の一部とを破線により表す。
　次に、レーザ加工ヘッド１Ｂから出射するレーザビームのビームモードを変換させる際におけるレーザ加工ヘッド１Ｂの動作について説明する。
　図７は、実施の形態２にかかるレーザ加工ヘッド１Ｂの動作について説明するための第１の図である。図７には、光束変換光学素子１５が光軸上に配置されている様子と、光束変換光学素子１５が光軸から外れた位置にある様子とを示す。図７では、レーザ加工ヘッド１Ｂのうち主な構成を図示し、レーザ加工ヘッド１Ｂのその他の構成の図示を省略する。
　ここで、図７の左部に示す状態を、第３の状態と称する。また、図７の右部に示す状態を、第４の状態と称する。第３の状態では、光束変換光学素子１５が光軸上に配置されている。第３の状態における、第１のレンズ群１１、第３のレンズ群１３および光束変換光学素子１５の位置関係は、図２の左部に示す第１の状態の場合と同じである。第３の状態におけるビームモード２５は、図２に示すビームモード２１と同様である。第３の状態において、第１のレンズ群１１および第３のレンズ群１３を適宜移動させることによって、レーザ加工ヘッド１Ｂは、実施の形態１の場合と同様にリング径を変化させる。
　第３の状態から、第１の移動機構１７により光出射部３の方へ第１のレンズ群１１を移動させた後、第３の移動機構１９は、光束変換光学素子１５を光軸上から移動させる。すなわち、第３の移動機構１９は、光軸上から光束変換光学素子１５を退避させる。図７に示す例では、光軸上から光束変換光学素子１５を退避させた後、第１の移動機構１７が第１のレンズ群１１を元の位置に戻す。これにより、レーザ加工ヘッド１Ｂは、第３の状態から第４の状態へ状態を遷移させる。このように、第３の移動機構１９による光束変換光学素子１５の移動によって、レーザ加工ヘッド１Ｂの状態は、第３の状態と第４の状態とに切り換えられる。また、レーザ加工ヘッド１Ｂは、第３の移動機構１９により光束変換光学素子１５の移動させる際に、第１の移動機構１７によって第１のレンズ群１１を移動させる。図７に示す両矢印は、レーザ加工ヘッド１Ｂの状態が、第３の状態と第４の状態とに切り換え可能であることを表す。
　第４の状態では、転写光学系１０により、光出射部３の像が転写される。伝送ケーブル２が光ファイバである場合、光出射部３の転写像は円形となる。この場合、第４の状態において、円形のビームモード２６が得られる。レーザ加工ヘッド１Ｂは、光軸への光束変換光学素子１５の挿入と、光軸からの光束変換光学素子１５の退避とによって、ビームモードを変換させることができる。
　また、レーザ加工ヘッド１Ｂは、第４の状態において第１のレンズ群１１および第３のレンズ群１３を適宜移動させることによって、ビーム径を変化させることができる。
　図８は、実施の形態２にかかるレーザ加工ヘッド１Ｂの動作について説明するための第２の図である。図８には、第４の状態において、第１のレンズ群１１と第３のレンズ群１３との各々を光軸方向において移動させる様子を示す。図８では、レーザ加工ヘッド１Ｂのうち主な構成を図示し、レーザ加工ヘッド１Ｂのその他の構成の図示を省略する。
　図８の左部に示す状態において、第１のレンズ群１１は光出射部３の方へ寄せられ、かつ、第３のレンズ群１３は第４のレンズ群１４の方へ寄せられる。すなわち、図８の左部に示す状態は、第１のレンズ群１１と第３のレンズ群１３とが互いに離れる方向へ移動した状態である。一方、図８の右部に示す状態において、第１のレンズ群１１は第２のレンズ群１２の方へ寄せられ、かつ、第３のレンズ群１３は第２のレンズ群１２の方へ寄せられる。すなわち、図８の右部に示す状態は、第１のレンズ群１１と第３のレンズ群１３とが互いに近づく方向へ移動した状態である。図８に示す両矢印は、レーザ加工ヘッド１Ｂが、図８の左部に示す状態と図８の右部に示す状態とに状態を切り換え可能であることを表す。レーザ加工ヘッド１Ｂは、第１のレンズ群１１と第３のレンズ群１３とを移動させることによって、転写光学系１０の転写倍率を変化させる。
　図８の右部に示す状態におけるビームモード２８のビーム径は、図８の左部に示す状態におけるビームモード２７のビーム径よりも小さい。第１のレンズ群１１と第３のレンズ群１３とを互いに近づける方向へ移動させることによって、ビーム径は小さくなる。また、第１のレンズ群１１と第３のレンズ群１３とを互いに遠ざける方向へ移動させることによって、ビーム径は大きくなる。このようにして、レーザ加工ヘッド１Ｂは、レーザビームのビーム径を変換させる。
　レーザ加工ヘッド１Ｂは、光束変換光学素子１５の移動によって、ビームモードの形状をリング状と円形とに切り換える。レーザ加工ヘッド１Ｂは、光軸上に光束変換光学素子１５が配置されている第３の状態において第１のレンズ群１１と第３のレンズ群１３とを移動させることによって、リング状のビームモードのリング径を変化させる。レーザ加工ヘッド１Ｂは、光軸の外へ光束変換光学素子１５を退避させた第４の状態において第１のレンズ群１１と第３のレンズ群１３とを移動させることによって、円形のビームモードのビーム径を変化させる。
　レーザ加工ヘッド１Ｂは、第１のレンズ群１１の移動と第３のレンズ群１３の移動と光束変換光学素子１５の移動とによって、加工対象に適したリング径またはビーム径と、加工対象に適したビームモードとを容易に選択することができる。ワーク５の材料またはワーク５の厚みに応じて、リング径またはビーム径と、ビームモードとが適宜選択されることによって、加工品質の向上と生産性の向上とが可能となる。
　レーザ加工ヘッド１Ｂは、第３の移動機構１９が光束変換光学素子１５を移動させる際に第１のレンズ群１１を移動させることによって、光束変換光学素子１５を移動させるためのスペースを創出する。そのため、レーザ加工ヘッド１Ｂは、光束変換光学素子１５を移動させるためのスペースを光学系に常時確保しておく必要が無くなり、光学系の小型化が可能となる。レーザ加工ヘッド１Ｂは、リング径の変換に使用される第１の移動機構１７を、スペースを創出するための移動機構としても使用する。レーザ加工ヘッド１Ｂは、リング径の変換に使用される第１の移動機構１７とは別に、スペースを創出するための移動機構を設ける必要が無い。光軸に垂直な軸を中心に光束変換光学素子１５を回転させることによって光束変換光学素子１５を移動させる場合は、光束変換光学素子１５を通すスペースが光軸上に必要となるため、第１の移動機構１７により第１のレンズ群１１を移動させる構成による効果は大きい。
　レーザ加工ヘッド１Ｂは、光軸に垂直な軸を中心に光束変換光学素子１５を回転させる簡易な構成によって、第１のレンズ群１１と第２のレンズ群１２との間の光軸上の位置と光軸から外れた位置とへ光束変換光学素子１５を移動させることができる。なお、第３の移動機構１９は、光軸に垂直な軸を中心に光束変換光学素子１５を回転させる機構に限定されない。第３の移動機構１９は、光軸に平行な軸を中心に光束変換光学素子１５を回転させる機構でも良い。または、第３の移動機構１９は、光軸に垂直な面内において光束変換光学素子１５を移動させる機構でも良い。第３の移動機構１９は、第１のレンズ群１１と第２のレンズ群１２との間の光軸上の位置と光軸から外れた位置とへ光束変換光学素子１５を移動させる機構であれば良い。光軸に垂直な軸を中心に光束変換光学素子１５を回転させる場合、光軸に平行な軸を中心に光束変換光学素子１５を回転させる場合または光軸に垂直な面内において光束変換光学素子１５を移動させる場合に比べて、筐体１６を小型にすることができる。
　レーザ加工ヘッド１Ｂは、光束変換光学素子１５を移動させる構成とすることで、レーザ加工ヘッド１Ｂに備えられる１つの光学系を使用して、光束変換光学素子１５の作用の有無を切り換える。レーザ加工ヘッド１Ｂは、光束変換光学素子１５の作用の有無を切り換えることによって、リング状のビームモードと光出射部３の転写像であるビームモードとを切り換えることができる。さらに、レーザ加工ヘッド１Ｂは、第１のレンズ群１１の移動と第３のレンズ群１３の移動とによって、リング径を変化させるビームモード変換と、転写像の倍率を変化させるビームモード変換とを行うことができる。
　実施の形態２によると、レーザ加工ヘッド１Ｂは、第３の移動機構１９により、第１のレンズ群１１と第２のレンズ群１２との間の光軸上の位置と光軸から外れた位置とへ光束変換光学素子１５を移動させる。レーザ加工ヘッド１Ｂは、光束変換光学素子１５を移動させることによって、レーザビームのビームモードを容易に変換させることができる。また、レーザ加工ヘッド１Ｂは、第１のレンズ群１１の移動と第３のレンズ群１３の移動とによって、レーザビームのビームモードを容易に変換させることができる。レーザ加工ヘッド１Ｂは、ワーク５の材料またはワーク５の厚みに応じてビームモードを選択することにより、加工品質の向上と生産性の向上とが可能となる。以上により、レーザ加工ヘッド１Ｂは、ビームモードの変換により高品質な加工を実現することができるという効果を奏する。また、レーザ加工ヘッド１Ｂは、生産性の向上が可能となる。
実施の形態３．
　実施の形態３では、レーザ加工ヘッド１Ａまたはレーザ加工ヘッド１Ｂを備えるレーザ加工機について説明する。図９は、実施の形態３にかかるレーザ加工機１００の構成例を示す図である。図９に示すレーザ加工機１００は、実施の形態１にかかるレーザ加工ヘッド１Ａを備える。レーザ加工機１００には、レーザ加工ヘッド１Ａの代わりに、実施の形態２にかかるレーザ加工ヘッド１Ｂが備えられても良い。実施の形態３では、上記の実施の形態１または２と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態１または２とは異なる構成について主に説明する。
　レーザ加工機１００は、レーザ光を出力する光源であるレーザ発振器７と、レーザ加工ヘッド１Ａと、レーザ発振器７からレーザ加工ヘッド１Ａへのレーザ光の伝送路である伝送ケーブル２と、ワーク５が載せられるステージ８と、レーザ加工機１００を制御する制御装置４とを備える。レーザ加工機１００は、レーザ加工ヘッド１Ａから出射するレーザビーム９をワーク５に照射させることによってワーク５を加工する。レーザ加工ヘッド１Ａは、ワーク５へ加工ガスを噴射する。加工ガスを噴射する要素の図示は省略する。
　レーザ加工機１００は、レーザ加工ヘッド１Ａに対してステージ８を移動させることによって、レーザビーム９とワーク５とを相対移動させる。ステージ８は、レーザビーム９の中心軸に対して垂直な２次元方向に移動可能である。図９において、白抜きの両矢印は、ステージ８を移動可能な方向を示す。なお、レーザ加工機１００は、ステージ８を移動させずに、レーザビーム９とワーク５とを相対移動させるものであっても良い。レーザ加工機１００は、ステージ８の位置を固定するとともに、ワーク５におけるレーザビーム９の入射位置を制御するものであっても良い。
　制御装置４は、レーザ加工ヘッド１Ａと、レーザ発振器７と、ステージ８との各々へ制御信号を送る。レーザ発振器７は、制御信号に従ってレーザ光を出力する。レーザ加工ヘッド１Ａは、実施の形態１にて説明するように、制御信号に従って第１のレンズ群１１と第３のレンズ群１３とを移動させる。ステージ８は、制御信号に従って動作する。このように、制御装置４は、レーザ加工ヘッド１Ａと、レーザ発振器７と、ステージ８との各々を制御する。
　実施の形態３によると、レーザ加工機１００は、レーザ加工ヘッド１Ａまたはレーザ加工ヘッド１Ｂを備えることによって、ワーク５の材料またはワーク５の厚みに応じてビームモードを適宜選択して、ワーク５を加工することができる。レーザ加工機１００は、ビームモードを選択することにより、加工品質の向上と生産性の向上とが可能となる。レーザ加工機１００は、ビームモードの変換により高品質な加工を実現することができるという効果を奏する。また、レーザ加工機１００は、生産性の向上が可能となる。レーザ加工機１００は、特に、中厚板、または、中厚板よりも厚い板について、加工品質の向上と生産性の向上とを図ることができる。
　次に、実施の形態１または２にかかる制御装置４を実現するハードウェア構成について説明する。制御装置４は、処理回路により実現される。処理回路は、プロセッサがソフトウェアを実行する回路であっても良いし、専用の回路であっても良い。
　処理回路がソフトウェアにより実現される場合、処理回路は、例えば、図１０に示す制御回路３０である。図１０は、実施の形態１または２にかかる制御回路３０の構成例を示す図である。制御回路３０は、入力部３１、プロセッサ３２、メモリ３３および出力部３４を備える。
　入力部３１は、制御回路３０の外部から入力されたデータを受信してプロセッサ３２に与えるインターフェース回路である。出力部３４は、プロセッサ３２またはメモリ３３からのデータを制御回路３０の外部に送るインターフェース回路である。処理回路が図１０に示す制御回路３０である場合、プロセッサ３２がメモリ３３に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、制御装置４の機能が実現される。メモリ３３は、プロセッサ３２が実施する各処理における一時メモリとしても使用される。
　プロセッサ３２は、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、またはＤＳＰ（Digital　Signal　Processor）である。メモリ３３は、例えば、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable　Programmable　Read　Only　Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically　Erasable　Programmable　Read　Only　Memory）等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスクまたはＤＶＤ（Digital　Versatile　Disc）等が該当する。
　図１０は、汎用のプロセッサ３２およびメモリ３３により制御装置４を実現する場合のハードウェアの例であるが、制御装置４は、専用のハードウェア回路により実現されても良い。図１１は、実施の形態１または２にかかる専用のハードウェア回路３５の構成例を示す図である。
　専用のハードウェア回路３５は、入力部３１、出力部３４および処理回路３６を備える。処理回路３６は、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application　Specific　Integrated　Circuit）、ＦＰＧＡ（Field　Programmable　Gate　Array）、またはこれらを組み合わせた回路である。なお、制御装置４は、制御回路３０とハードウェア回路３５とが組み合わされて実現されても良い。
　以上の各実施の形態に示した構成は、本開示の内容の一例を示すものである。各実施の形態の構成は、別の公知の技術と組み合わせることが可能である。各実施の形態の構成同士が適宜組み合わせられても良い。本開示の要旨を逸脱しない範囲で、各実施の形態の構成の一部を省略または変更することが可能である。
　１Ａ，１Ｂ　レーザ加工ヘッド、２　伝送ケーブル、３　光出射部、４　制御装置、５　ワーク、６　転写位置、７　レーザ発振器、８　ステージ、９　レーザビーム、１０　転写光学系、１１　第１のレンズ群、１２　第２のレンズ群、１３　第３のレンズ群、１４　第４のレンズ群、１５　光束変換光学素子、１６　筐体、１７　第１の移動機構、１８　第２の移動機構、１９　第３の移動機構、２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７，２８　ビームモード、３０　制御回路、３１　入力部、３２　プロセッサ、３３　メモリ、３４　出力部、３５　ハードウェア回路、３６　処理回路、１００　レーザ加工機。

Claims (6)

  1. 　光出射部から発散するレーザ光が入射し、前記レーザ光を集束させる第１のレンズ群と、
    　前記第１のレンズ群を通過した前記レーザ光が伝搬する第２のレンズ群と、
    　前記第２のレンズ群を通過した前記レーザ光が伝搬して、前記光出射部の像を転写位置に形成するレンズ群を前記第２のレンズ群とともに構成する第３のレンズ群と、
    　前記第３のレンズ群を通過した前記レーザ光が入射し、前記レーザ光を集束させる第４のレンズ群と、
    　前記第１のレンズ群と前記第２のレンズ群との間の光軸上に配置され、前記レーザ光のビームモードを変換させる光束変換光学素子と、
    　前記第１のレンズ群を光軸方向において移動させる第１の移動機構と、
    　前記第３のレンズ群を光軸方向において移動させる第２の移動機構と、
    　を備えることを特徴とするレーザ加工ヘッド。
  2. 　前記第２のレンズ群は、正のパワーを持つレンズ群であって、
    　前記第３のレンズ群は、負のパワーを持つレンズ群であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工ヘッド。
  3. 　前記第１のレンズ群と前記第２のレンズ群との間の光軸上の位置と光軸から外れた位置とへ前記光束変換光学素子を移動させる第３の移動機構を備えることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ加工ヘッド。
  4. 　前記第１の移動機構は、前記第３の移動機構が前記光束変換光学素子を移動させる際に、前記第１のレンズ群を移動させることを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工ヘッド。
  5. 　前記光束変換光学素子は、アキシコンレンズであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のレーザ加工ヘッド。
  6. 　レーザ光を出力する光源と、
    　請求項１から５のいずれか１つに記載のレーザ加工ヘッドと、
    　を備えることを特徴とするレーザ加工機。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5256853A (en) * 1991-07-31 1993-10-26 Bausch & Lomb Incorporated Method for shaping contact lens surfaces
JP2005028428A (ja) * 2003-07-09 2005-02-03 Denso Corp レーザ加工装置
WO2017203613A1 (ja) * 2016-05-24 2017-11-30 三菱電機株式会社 加工ヘッド及びレーザ加工機
JP2020531392A (ja) * 2017-08-25 2020-11-05 コーニング インコーポレイテッド アフォーカルビーム調整アセンブリを用いて透明被加工物をレーザ加工するための装置及び方法
JP6833117B1 (ja) * 2020-02-17 2021-02-24 三菱電機株式会社 レーザ加工機

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5256853A (en) * 1991-07-31 1993-10-26 Bausch & Lomb Incorporated Method for shaping contact lens surfaces
JP2005028428A (ja) * 2003-07-09 2005-02-03 Denso Corp レーザ加工装置
WO2017203613A1 (ja) * 2016-05-24 2017-11-30 三菱電機株式会社 加工ヘッド及びレーザ加工機
JP2020531392A (ja) * 2017-08-25 2020-11-05 コーニング インコーポレイテッド アフォーカルビーム調整アセンブリを用いて透明被加工物をレーザ加工するための装置及び方法
JP6833117B1 (ja) * 2020-02-17 2021-02-24 三菱電機株式会社 レーザ加工機

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