[发明专利]激光加工装置、激光加工装置的光学系统

说明书

本发明的目的在于，提供：激光加工装置的光学系统，在该系统中，激光的能量利用效率较高，即使因热透镜效应焦点位置偏离，照射点处激光的强度分布形状也不会变化；以及使用了该激光加工装置的光学系统的激光加工装置。为了实现该目的，本申请所涉及的通过照射激光从而对被加工物进行加工的激光加工装置具备光学系统，该光学系统具有在相同光轴上设置了多个不同焦点的光学面，所述被加工物上的所述激光的照射点与所述焦点处于不同位置，在所述照射点处，垂直于所述光轴的面上的所述激光的强度分布以所述光轴为中心至少呈环状。

技术领域

本发明涉及激光加工装置，以及激光加工装置的光学系统。

背景技术

激光加工装置通过将激光聚光于一点对被加工物进行照射，从而使被加工物的表面温度急剧上升，使被加工物的被照射面熔化或蒸发，从而对被加工物施行切割、开孔、焊接之类的加工。由于将激光聚光于一点，因此能够以精确的定位(pinpoint)进行精密并且微细的加工。另外，通过使用更高能量的激光，能够缩短加工时间，并且还能够加工难以用刀具加工的高硬度的被加工物。

在此，众所周知的是，在激光聚光时，在激光的照射点处的激光的强度分布优选为在照射点的平面上呈环状。可是，如果照射点处的环径大，则不能将光能充分集中，因此被加工物的熔化需要时间、或者加工剖面的品质恶化。另外，如果用于维持一定的环径的焦点深度较浅，则会产生在被加工物的厚度方向上加工尺寸不同这一问题。

于是，专利文献1公开了一种激光加工方法：在激光聚光前，在激光的剖面中央部设置对激光进行阻断的屏蔽罩来对中心部的激光进行阻断。由此，没有被屏蔽罩阻断的激光呈环状，而使用对呈环状的激光进行聚光的激光照射头。

另外，专利文献2公开了一种激光焊接装置：通过使用将聚光透镜的凸面中央部切割成凹面状而得的聚光透镜来对激光进行聚光，从而照射激光的强度分布为周边部高于中央部的激光并加以使用。

再有，专利文献3中公开了一种激光加工头：使用用于使激光进行聚光的球面透镜以及能够发生球差的非球面透镜中的至少一方，照射激光的强度分布为周边区域高于中心区域，强度分布呈环状，并且焦点位置从被加工物的照射点偏离的激光。

在先技术文献

专利文献

[专利文献1]日本特开平07－214360号公报

[专利文献2]日本特开2003－305581号公报

[专利文献3]WO2012/164663号公报

发明内容

发明所要解决的课题

然而，专利文献1所述的激光加工装置的光学系统通过在激光的剖面中央部设置对激光进行阻断的屏蔽罩来对中心部的激光进行阻断，从而得到强度分布呈环状的激光。因此，在被加工物的通过激光的加工中，从激光振荡器输出的激光的能量的利用效率较低。另外，为了在被加工物的照射点处得到所需的激光的能量，需要更大输出的激光振荡器。

另外，专利文献2所述的激光加工装置的光学系统通过使用将聚光透镜的凸面中央部切割成凹面状而得的聚光透镜来对激光进行聚光，从而得到激光的强度分布为周边部高于中央部的激光。在此，通过聚光透镜的凹面状部的激光从中心向要扩散的方向折射。因此，在聚光透镜的凹面状部要折射的激光不会向被加工物的照射点聚光。即，在被加工物通过激光的加工中，从激光振荡器输出的激光的能量的利用效率较低。

另外，在专利文献3所述的激光加工装置的光学系统中，如果对激光进行聚光的光学系统被激光加热，则在构成光学系统的透镜中被加热的部分的折射率发生变化(热透镜效应)。如果因其折射率的变化而产生焦点偏离，则环状的激光强度分布发生变化。具体而言，环径变大、加工点处的激光强度变弱、或者激光的强度分布从环状变成其他形状，因此存在无法进行期望的加工的可能性。